Фізики згенерували високі гармоніки в магній-легованому ніобаті літію (Mg:LiNbO3) та аморфному кремнії (a-Si) за допомогою макроскопічного квантового стану світла - стисненого яскравого вакууму. Така генерація виявилася приблизно вп'ятеро ефективнішою, ніж стандартна генерація гармонік когерентним світлом. Статтю опубліковано в Nature Physics.
Генерація високих гармонік є основою багатьох фундаментальних досліджень, і практичних додатків. Наприклад, вона застосовується для отримання аттосекундних імпульсів (за це минулого року було вручено Нобелівську премію). Зазвичай високі гармоніки одержують шляхом накачування зразка за допомогою лазерів – когерентним світлом. Однак ефективність такого накачування обмежена різними факторами, наприклад, енергією фотонів, насиченням і втратою фазової синхронізації. Ефективність генерації можна було б підвищити, використовуючи стислий стан світла. Вчені вже застосовують такі стани, наприклад у фотонному процесорі. Докладніше про стислі стани світла читайте в нашому матеріалі «Точилка для квантового олівця». Однак у додатку до генерації високих гармонік використання стислих станів світла досі розглядалося лише теоретично.
Група вчених із Німеччини, Ізраїлю та Канади під керівництвом Марії Чехової (Maria Chekhova) та Франческо Тані (Francesco Tani) з Інституту науки про світло Товариства Макса Планка згенерувала високі гармоніки у твердих тілах за допомогою квантового стану світла – стисненого яскравого вакууму. Для цього вони використовували зразки магній-легованого ніобату літію та аморфного кремнію, в яких генерували високі гармоніки за допомогою класичного та квантового методу.
В якості лазера накачування в обох методах фізики використовували ту саму оптичну титан-сапфірову лазерну систему з центральною довжиною хвилі 800 нанометрів, шириною імпульсу 45 фемтосекунд і частотою повторень один кілогерц. Комбінуючи цю систему із фемтосекундним оптичним параметричним підсилювачем, вчені отримували класичне когерентне світло для генерації високих гармонік. Для отримання квантового стану світла вчені паралельно класичній схемі пропускали промінь лазера через кристал β-борату барію завтовшки три міліметри, а потім відображали отриманий стан назад у той же кристал за допомогою плоского срібного дзеркала для виявлення основної просторової гармоніки квантового стану світла. В результаті вчені отримували квантову суперпозицію станів з парним числом фотонів - яскравий яскравий вакуум.
Фізики опромінювали зразки за допомогою обох методів і спостерігали за генерацією високих гармонік у них. В результаті вчені виявили, що при однаковій інтенсивності накачування генерація гармонік квантовим станом світла ефективніша в 5-15 разів залежно від порядку гармоніки. Більше того, вчені показали, що при підвищенні інтенсивності накачування генерація класичним методом може призвести до оптичного пошкодження зразків, тоді як квантовий стан світла не шкодить зразкам.
Про те навіщо вчені і, в тому числі, нобелівські лауреати минулого року, прагнуть отримати більш високі гармоніки та короткі імпульси, читайте в нашому матеріалі «Імпульс укорочувати».