Китайские физики сгенерировали ультрафиолетовый суперконтинуум, облучая газообразный азот мощными инфракрасными импульсами. Для описания происходящих при этом процессов, им пришлось отказаться от традиционного полуклассического приближения. Ученые также продемонстрировали применимость ультрафиолета со сверхшироким спектром для абсорбционной спектроскопии.

Исследование опубликовано в Nature Communications.

Изобретение лазеров стало ярчайшим примером того, как квантовая революция из научной переросла в научно-техническую. Особые свойства лазерному свету придает неотличимость фотонов в луче света, а потому синхронность их воздействия на вещество. Такое свойство лазерного луча называют когерентностью.

В первых лазерах длины когерентности, то есть расстояния, на которых луч еще оставался когерентным, были сопоставимы с размерами рабочего тела (десятки сантиметров). Спектр такого света состоял из одной или нескольких узких, почти монохроматических компонент. Со временем физики поняли, что, чем короче лазерный импульс, тем сильнее его пиковая интенсивность. С этого момента стала активно развиваться физика лазеров со сверхкороткими импульсами. Это позволило достичь рекордной интенсивности, равной 1023 ватт на квадратный сантиметр.

Математика говорит, что чем короче импульс, тем шире его спектр. Действительно, спектры фемто- и аттосекундных лазеров могут быть довольно широкими. Однако при создании таких импульсов физики собирают воедино различные лазерные моды с нужным фазовым отношением. Другими словами, такие импульсы нельзя назвать полностью когерентными, из-за чего взаимодействие мощного излучения с веществом обычно описывают в рамках полуклассического подхода.

Попытка сохранить когерентность для импульсов со сверхшироким спектром привела к идее суперконтинуума. Такой свет может когерентно задействовать сразу несколько параллельных процессов в системах с богатой энергетической структурой, например, в атомах, что может быть полезно для спектрального сжатия или усиления.

Физики научились создавать суперконтинуум в ближнем инфракрасном и видимом диапазонах с помощью нелинейных оптических волокон, но расширение спектра в ультрафиолетовой области все еще остается сложной задачей, хотя оно принесло бы пользу в исследовании ионизационных процессов.

Решить эту задачу удалось группе китайских физиков под руководством Цзиньпина Яо (Jinping Yao) из Шанхайского института оптики и точной механики и Цзэнсю Чжао (Zengxiu Zhao) из Оборонного научно-технического университета Народно-освободительной армии Китая.