Επιστήμονες δημιούργησαν ένα νέο σύστημα που παρουσιάζει πρωτοφανές εύρος ζώνης και τεράστια ακρίβεια μέτρησης συχνότητας

Οι συχνότητες-χτένες, δηλαδή οι πηγές φωτός των οποίων τα φάσματα συνίστανται από μια σειρά διακριτών συχνοτήτων που ισαπέχουν, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως μέτρα που μετρούν με εξαιρετικά υψηλή ακρίβεια το φως που εκπέμπεται από άτομα ή μόρια. Οι περισσότερες συχνότητες-χτένες λειτουργούν στο ορατό ή υπέρυθρο, αλλά στην περιοχή των terahertz οι πηγές αυτές, θα μπορούσαν να επιτρέψουν πιο ακριβείς μετρήσεις των περιστροφικών και παλμικών συντονισμών των μορίων και των υλικών. Μια ομάδα με επικεφαλής τον Geoffrey Blake στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια, στην Πασαντένα, έχει τώρα επιδείξει μια πηγή-χτένα σε terahertz, που παρουσιάζει μεγαλύτερο εύρος ζώνης και μεγαλύτερη ακρίβεια συχνότητας από ότι τρέχουσες τεχνολογίες.

Ο πιο συνηθισμένος τρόπος για να διαμορφωθεί μια συχνότητα-χτένα, είναι μέσω των επονομαζόμενων λέιζερ «κλειδωμένης ρύθμισης». Τέτοια λέιζερ εκπέμπουν μια σειρά σύντομων παλμών, το φάσμα των οποίων είναι μια συχνότητα-χτένα. Οι συγγραφείς ξεκίνησαν με ένα τέτοιο λέιζερ στην περιοχή του υπέρυθρου και το χρησιμοποίησαν για να διεγείρουν ρεύματα σε μια «κεραία», η οποία εξέπεμπε παλμούς στην χαμηλότερη συχνότητα της περιοχής των terahertz.

Ένα δεύτερο υπέρυθρο λέιζερ ανίχνευσε το ηλεκτρικό πεδίο των παλμών terahertz, «ανιχνεύοντας» πώς αυτοί τροποποίησαν τον δείκτη διάθλασης ενός κρυστάλλου στον οποίο διαδόθηκαν μαζί οι δύο δέσμες. Παρά το ότι η προσέγγιση αυτή δεν είναι νέα, οι συγγραφείς της μελέτης βρήκαν νέους τρόπους να σταθεροποιήσουν τις συχνότητες των δύο λέιζερ και να ελαχιστοποιήσουν το θόρυβο. Κατά συνέπεια, ήταν σε θέση να επιτύχουν, πάνω σε μια φασματική περιοχή που εκτείνεται μέχρι 2,4 terahertz, μια ακρίβεια συχνότητας λίγων μερών ανά δισεκατομμύριο, δηλαδή πάνω από δύο τάξεις μεγέθους καλύτερη από ότι τα υφιστάμενα συστήματα για αυτήν την φασματική περιοχή.

Με την διευθέτησή τους, ο Blake και οι συνάδελφοί του καθόρισαν τη συχνότητα των διαφόρων περιστροφικο-παλμικών (rovibrational) μεταβάσεων των υδρατμών με ακρίβεια που περιορίζεται μόνο από την κίνηση των μορίων. Οι ερευνητές σχεδιάζουν να χρησιμοποιήσουν τη διευθέτηση αυτή για να μετρήσουν με ακρίβεια φάσματα αναφοράς των μορίων, που θα βοηθήσουν στην ερμηνεία των αστροφυσικών φασμάτων που μετριούνται από το Hershel Space Observatory και το Atacama Large Millimeter Array.

Πηγή: APS

Περισσότερα στο άρθρο: Decade-Spanning High-Precision Terahertz Frequency Comb, Phys. Rev. Lett. 114, 163902 – Published 21 April 2015