Определение и измерение оптических частот: перспективы оптических часов — и не только

(Нобелевская лекция. Стокгольм, 8 декабря 2005 г.)
Четыре давно разрабатываемые направления лазерной технологии встретились и слились в 1999–2000 гг. Два из них — это, с одной стороны, реализация повторяющихся последовательностей все более коротких импульсов, а с другой стороны, поиск путей генерации как можно более стабильных во времени неизменных частот. Устроить брак между сверхбыстрыми и сверхстабильными лазерами пытались в основном две интернациональные группы. Эта работа стала особенно захватывающей, когда обнаружилось, что оптические волокна со специально созданной микроструктурой настолько нелинейны, что могут преобразовывать фемтосекундные лазерные импульсы в белый свет, охватывающий целую оптическую октаву. При этом впервые оказалось возможным генерировать частотную гребенку, заполняющую интервал частот, равный низшей частоте гребенки, и выразить этот интервал как целое кратное от частоты повторения импульсов фемтосекундного лазера. Эта “коробка передач” — связь между стандартом частоты радиодиапазона и любым/всеми оптическими стандартами частоты создавалась вместе со становлением методов повышения чувствительности. Объединение этих четырех направлений привело к взрывному росту точности измерений частоты в области стандартов и открыло путь к более совершенной проверке давно лелеемых физических принципов, таких как стабильность во времени фундаментальных физических констант (например, постоянной тонкой структуры, скорости света, отношений некоторых атомных масс и т.д.) и эквивалентность хода часов, работающих на разных физических принципах. Технология стабильных лазеров позволяет также настолько точно синхронизовать два независимых фемтосекундных лазера, что их излучение воспринимается как излучение одного лазера. При совершенствовании экспериментов по накачке/зондированию важным применением станет и детальное, селективное по связям исследование пространственной структуры биологических объектов. Следующее десятилетие в оптике будет бурным!