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新しいテクニックは、「騒々しい」レーザーを量子光に変えます

科学者は、変動するレーザーを古典物理学に逆らう非常に安定したビームに変換する方法を発見し、高出力と高精度の両方に依存するフォトニック技術の新しいドアを開きます。レーザーは科学、産業、医学の不可欠なツールですが、その力を高めることはしばしば「ノイズ」をもたらします。これは、一貫した安定した光を必要とするアプリケーションを破壊する強度の予測不可能な変動です。コーネルとマサチューセッツ工科大学が率いる研究者は、光学繊維とフィルターを巧みに使用して、騒々しい、増幅されたレーザーを超安定ビームにどのように変換できるかを実証しました。テクニックはそうでした 5月14日詳細 Nature Photonicsで。「非常に驚いたのは、ノイズが非常に低いため、同じ特性を持つ古典的なレーザービームがないことです」と言いました。 ニコラス・リベラ、Cornell Engineeringの応用および工学物理学助教授。 「古典的なアナログがないのは量子状態です。」このような量子光は、通常、制御された設定で非増幅された低電力レーザーを使用して生成されます。新しい研究は、非常に高いノイズを伴う増幅された光を「強度沈黙された」光の状態に変換できることを初めて示しており、光子の数の変動は量子力学によって課される基本制限を下回ることです。発見の鍵は、研究者が「騒音免疫量子相関」と呼ぶ現象にあります。ノイズの増幅に対抗するために、チームは、軽い波が相互作用して複雑な方法で混合する材料である非線形光ファイバを通過しました。 4波ミキシングと呼ばれるプロセスの1つは、異なる色の光の間でエネルギーをシャッフルし、それらの間に相関を確立します。その後、研究者はプログラム可能なスペクトルフィルターを使用して、これらの周波数の最も安定した組み合わせを分離しました。ろ過された組み合わせの一部は、ノイズレベルが元のビームの30倍低いことを示しましたが、ろ過された光は1平方センチメートルあたり最大0.1テラワットの高ピーク強度を保持していました。リベラは、このプロジェクトのアイデアは、彼自身のラボでの実際的なニーズに由来すると述べました。高価で低雑音システムを購入せずに量子光を生成します。「それが意味することは、今では量子光を生成するために使用できるレーザーソースがさらにたくさんあるということです」とリベラは言いました。 「増幅されたソースは非常に一般的であり、高出力レーザーを構築するための最も簡単で安価な方法です。」彼らが観察した行動を説明するために、研究者は、レーザーのダイナミクスの古典的なシミュレーションから量子ノイズ予測を直接抽出する新しいモデルを開発し、研究者がレーザーシステムのノイズをバイパスする方法を理解することができました。このモデルは、他の研究者に、独自のレーザーシステムに手法を適用する方法を提供します、とリベラは言いました。「私が最も興奮しているのは、これを拡大することです。これを控えめに高い強度で実証しましたが、今日のレーザーは桁違いに明るくなります」と彼は言いました。リベラは、超強力なレーザーを生産するように設計された他の実験方法と組み合わせてこの手法を適用する予定です。この研究は、最終的には、アンプの品質を維持するために増幅技術を使用するクロスオーシャン繊維オプティックケーブルなどの通信システムなどの実験室実験を超えて拡大する可能性があります。「商業的には、非常にエキサイティングな見通しです」とリベラは言いました。共著者には、ボストン大学、ハーバード大学、スタンフォード大学、技術イスラエル工科大学、セントラルフロリダ大学の研究者が含まれます。この研究は、一部部分的にスイス国立科学財団、数学、米国国防総省、米国陸軍研究局によって資金提供されていました。Syl Kacapyrは、Cornell Engineeringのマーケティングおよびコミュニケーションのアソシエイトディレクターです。 #新しいテクニックは騒々しいレーザーを量子光に変えます