Kỉ lục mới về cỡ thời gian ngắn nhất điều khiển được

Hiệp Khách Quậy Các laser ngày nay có thể phát ra những xung ánh sáng xuống tới 100 atto giây, nhờ đó cho phép các phép đo thời gian thực trên những cấp độ thời gian cực ngắn không thể truy xuất bởi bất kì phương pháp nào khác. Các nhà khoa học tại Viện Max Born Quang học Phi tuyến và Quang phổ kế Thời gian Ngắn (MBI)... Xin mời đọc tiếp.

Các laser ngày nay có thể phát ra những xung ánh sáng xuống tới 100 atto giây, nhờ đó cho phép các phép đo thời gian thực trên những cấp độ thời gian cực ngắn không thể truy xuất bởi bất kì phương pháp nào khác. Các nhà khoa học tại Viện Max Born Quang học Phi tuyến và Quang phổ kế Thời gian Ngắn (MBI) ở Berlin, Đức, vừa chứng minh được sự điều khiển thời gian với sai số 12 atto giây. Đây là kỉ lục thế giới mới cho cỡ thời gian ngắn nhất có thể điều khiển được.

alt

Xung ánh sáng cực ngắn với pha quang học ổn định. Một xung laser cực ngắn gồm một vài dao động như thế này (đường cong màu đỏ hoặc màu lam). Các đường cong màu đen: đường bao trường của xung. Cường độ trường cực đại thu được nếu cực đại trường trùng với tâm của xung (đường cong màu đỏ). Phương pháp mới phát triển làm ổn định hóa kiểu dáng trường của xung. Hai ảnh phóng to minh họa những thăng giáng nhất thời nhỏ nhất đã được chứng minh trước đây (khung màu lục, thăng giáng 100 atto giây) so với các thăng giáng được chứng minh với phương pháp mới tổng hợp trường trực tiếp (khung màu vàng, thăng giáng 12 atto giây)

Ánh sáng là sóng điện từ có tần số rất cao. Trong vùng nhìn thấy, một dao động của điện trường chỉ mất khoảng chừng 1200-2500 atto giây. Do đó, một xung laser cực ngắn là gồm vài ba dao động này. Tuy nhiên, các xung phát ra từ những nguồn laser xung ngắn thông thường biểu hiện sự thăng giáng mạnh của vị trí của cực đại trường so với trung tâm xung. Với cường độ trường cực đại, tâm của xung phải trùng với một cực đại của điện trường, như minh họa trong hình trên với đường cong màu đỏ. Vì thế, các phương pháp đã được phát triển nhằm ổn định vị trí của cực đại trường, tức là pha của xung sáng.

Cùng với nhà sản xuất laser Femtolasers, trụ sở ở Vienna, các nhà nghiên cứu MBI thuộc nhóm của Günter Steinmeyer vừa phát triển một phương pháp mới điều khiển pha của xung bên ngoài laser. Trái với những phương pháp trước đây, không cần thiết có thao tác nào bên trong laser, nó hoàn toàn loại trừ các thăng giáng của công suất laser và độ dài xung và đảm bảo một sự ổn định lâu dài vững chắc. Việc hiệu chỉnh pha của xung dựa trên cái gọi là bộ dịch tần âm-quang, nó được điều khiển trực tiếp bởi tín hiệu đo. Tiến sĩ Steinmeyer thật sự bị thuyết phục: “Sự hiệu chỉnh trực tiếp này của pha làm đơn giản hóa đáng kể nhiều thí nghiệm trong ngành vật lí atto giây và kĩ thuật đo tần”.

Trước đây, sự ổn định hóa vị trí của các cực đại trường chỉ có thể thực hiện với độ chính xác khoảng 100 atto giây (10-16 s, tương ứng với 1/20 bước sóng trên), giá trị đó có thể sánh với độ dài ngắn nhất của các xung atto giây đã được chứng minh trước đây. Phương pháp mới cho phép đẩy lùi giới hạn này xuống tới 12 atto giây (1.2 x 10-17 s, 1/200 bước sóng trên), vượt qua đơn vị thời gian nguyên tử (24 atto giây) đến 2 lần. Vì đơn vị thời gian nguyên tử đánh dấu cỡ thời gian khả dĩ nhanh nhất của những quá trình trong những lớp vỏ ngoài của một nguyên tử, nên phương pháp ổn định mới sẽ cho phép sự tiến bộ đáng kể trong nghiên cứu về những quá trình nhanh nhất trong tự nhiên.

Thành công này phụ thuộc nhiều một sự hợp tác chặt chẽ với nhà sản xuất laser Femtolasers, nơi cung cấp một laser đã tối ưu hóa đặc biệt dùng trong thí nghiệm trên và hiện đang phát triển thêm các sản phẩm mới dựa trên phương pháp mới này.

Theo PhysOrg.com

Mời đọc thêm