پرتوهایی از نور که فقط یک بار نوسان می‌کنند

به گزارش نیوساینتیست، درخش‌های تولیدشده تقریبا به همان اندازه کوتاهند که قوانین فیزیک پیش‌بینی می‌کنند. قدرت یک تپ تک‌چرخه‌ای به مراتب بیشتر از تپ‌های حاوی چند چرخه نوسانی است؛ چرا که انرژی بیشتری در بازه زمانی کوتاه‌تری آزاد می‌شود. از این تپ های ابرکوتاه می‌توان به عنوان فلاش‌هایی جهت آشکار ساختن رویدادهای بسیار کوچک و فوق‌العاده سریع استفاده کرد، مانند تعامل یک تک فوتون (ذره تشکیل‌دهنده نور) با یک الکترون.

در اوایل قرن بیستم، ورنر هایزنبرگ، فیزیک‌دان آلمانی و برنده جایزه نوبل، موفق شد اصل عدم قطعیت را تدوین کند که براساس آن، برای کوتاه‌ترین زمان ممکن یک پالس نور در هر طول‌موجی، محدودیتی بر اساس تعداد نوسان‌های موج نور وجود دارد.

آلفرد لیتنشتورفر و همکارانش در دانشگاه کنستانز در آلمان برای تولید این لیزر، از لیزرهای بلورین، فیبرهای نوری و پرتوهایی با طول‌موج استاندارد که در مخابرات به‌کار می‌رود، استفاده کردند. به‌عنوان مثال در لیزرهای فروسرخ، اصل عدم قطعیت مانع از این می‌شود که تپ لیزری با زمان کم‌تر از یک فمتوثانیه (هر یک میلیون میلیارد فمتوثانیه برابر یک ثانیه است) تولید شود.

برای دست‌یابی به کوتاه‌ترین پالس لیزر، گروه کنستانتز لیزری را به درون یک رشته فیبر نوری شلیک کرد و سپس، آن‌را که درون دو رشته فیبر نوری یکسان تقسیم کرد. این فیبرهای نوری حاوی اربیوم (از گروه فلزات خاکی نادر) بود تا امواج نور را تقویت کند. هر فیبر، شامل مرحله دومی نیز بود که طول‌موج نور را تغییر می‌داد؛ به‌طوری‌که در یک رشته طول‌موج پرتوی لیزر را 40 درصد افزایش و در رشته دیگر، 40 درصد کاهش می‌داد.

سپس، پژوهشگران پرتوهای خروجی از دو رشته فیبر نوری را با یکدیگر ادغام کردند و با ایجاد تداخلی ویرانگر، شرایطی را به‌وجود آوردند که بیشتر امواج یکدیگر را خنثی کردند و تنها، یک نوسان نور باقی ماند که 4.3 فمتوثانیه دوام آورد.

پیش‌از این پژوهشگران توانسته بودند با استفاده از لیزرهایی که طول‌موج آن‌ها 50درصد کوتاه‌تر بود؛ پالس‌هایی کوتاه‌تر حتی با مدت 3.9 فمتوثانیه تولید کنند؛ اما تمام آنها حاوی بیشتر از یک نوسان بودند، یکی 2 نوسان و دیگری 1.3 نوسان.