Терагерцовые гребенки помогут исследовать космос

Физики из Калифорнийского технического института разработали метод получения высокоточных «оптических гребенок», простирающихся в терагерцовом диапазоне. Такие пучки света помогут улучшить точность измерений, проводимых, например, Большой Миллиметровой Решеткой в Атакаме. Статья, посвященная исследованию опубликована в Physical Review Letters, кратко ознакомиться с работой можно в блоге Physics Американского физического общества.

«Оптические гребенки» — пучки света с определенными характеристиками. Если рассмотреть их спектр (зависимость интенсивности излучения от длины волны), то обнаружится, что он состоит из очень узких полос, равно отстоящих друг от друга. Такое строение позволяет за счет модуляции очень точно определять длину волны исследуемого излучения. К примеру, можно примешивать излучение «гребенки» к изучаемому и добиваться интерференции на определенной длины волн или напрямую оценивать расстояния от исследуемого пика до известного «зуба» «гребенки». Ранее исследователи, создавшие «гребенку» в видимом оптическом диапазоне смогли добиться с помощью нее измерения скоростей космических объектов с точностью до 1 сантиметра в секунду, используя эффект Доплера.

Авторы работы использовали для генерации такого излучения разработанную ими установку на основе лазерных осцилляторов из сапфира, допированного титаном. Источник формировал импульсы с периодичностью в 12,5 наносекунд, проходя через устройство импульсы складывались и формировали требуемый оптический сигнал. Получившаяся «гребенка» простирается в диапазоне от 0,15 до 2,4 терагерц, расстояние между отдельными ее «зубьями» составляет всего 80 мегагерц, то есть счет их количества идет на десятки тысяч. Одной из важнейших характеристик излучения является ширина «зуба» — от нее зависит точность, с которой удастся проводить измерение. Авторам удалось добиться толщины в 675 раз меньшей, чем достигнутая ранее в работе Hsieh et al.

В терагерцовом диапазоне находятся излучение холодных облаков межзвездной пыли, и, кроме того, некоторые колебательные переходы. Для проверки качества полученного измерительного инструмента авторы исследовали колебания, наблюдаемые в парах воды при низком давлении. Полученные исследователями данные для вращательных переходов совпали с эталонными с точностью до 8 знака, причем точность ограничивалась лишь движением молекул.

Одним из перспективных применений терагерцовой «оптичексой гребенки» является уточнение результатов, получаемых радиоинтерферометрами, такими как Космическая обсерватория «Гершель» и Большая Миллиметровая решетка. Данные, получаемые этими приборами полностью соответствуют частотному диапазону полученного излучения.