Благодаря сотрудничеству Физико-технического института (PTB) с Центром квантовой инженерии и исследования пространства-времени (QUEST), а также c Национальным институтом стандартов и технологий (NIST) удалось создать лазер с невероятно стабильной частотой.
Данная разработка имеет исключительно важное значение для оптической спектроскопии с высоким разрешением и изучения, например, ультрахолодных атомов. Но, прежде всего, стабильный лазер будет востребован в сверхточных оптических атомных часах, которые нужны во множестве отраслей науки и техники.
Оптические атомные часы требуют лазерных источников, которые излучают свет с постоянной частотой. Коммерческие лазерные системы для этих целей не подходят или требуют дополнительных дорогостоящих доработок.
Обычно для стабилизации частоты лазера используются оптические резонаторы, состоящие из двух зеркал, которые крепятся на фиксированном расстоянии друг от друга. Длина резонатора определяет частоту, с которой свет может колебаться в резонаторе. Следовательно, для создания сверхстабильного лазера требуется, чтобы расстояние между зеркалами было постоянным.
Современные резонаторы подошли к пределу своего совершенства и на них оказывает влияние лишь тепловой шум. По аналогии с броуновским движением молекул атомы в резонаторе находятся в постоянном движении и тем самым нарушают его стабильность.
До сих пор резонаторы делали из стекла, в котором тепловой шум проявляется довольно сильно. Международная исследовательская группа впервые смогла создать резонатор из монокристаллического кремния, который достаточно жесткий и обладает малым тепловым расширением, а значит он способен поддерживать более стабильную частоту лазера, чем в случае с резонатором из стекла.
Для работы резонатора при температуре -149 градусов по Цельсию исследователям также необходимо было разработать подходящий криостат с низким уровнем вибрации. В результате они смогли создать уникальный прибор с непревзойденной стабильностью лазерного луча –1•10-16.