Создан лазер, генерирующий излучение с рекордно короткой на сегодняшний день длиной волны - «Наука и технологии»

Японские исследователи из Токийского университета Электро-коммуникаций (University of Electro-Communications) создали атомарный лазер нового типа, который способен излучать луч рентгеновского излучения, длина волны которого составляет всего 1.5 ангстрема (0.00000015 миллиметра). Длина волны излучения, генерируемого этим лазером, минимум в 10 раз короче длины волны любого другого лазера и это позволит создать новые системы рентгеноскопической съемки, которые позволят получить высококачественные снимки объектов атомарного уровня.

Новый рентгеновский лазер работает за счет атомов меди, которые излучают поток фотонов рентгеновского диапазона. Это происходит, когда тончайшая медная фольга подвергается последовательному воздействию двух импульсов накачивающего рентгеновского лазера, которые имеют различный уровень энергетической насыщенности. Первый импульс служит для максимальной накачки энергией атомов меди, а второй импульс выступает в роли "спускового крючка", которые высвобождает накопленную атомами меди энергию в виде фотонов, имеющих рекордно короткую на сегодняшний день длину волны.

Различные ученые уже достаточно давно пытаются создать лазеры, способные генерировать лучи монохромного когерентного рентгеновского излучения с минимальной длиной волны. Такое излучение позволит преодолеть проблемы, связанные с разрешающей способностью систем, использующих более длинноволновое рентгеновское излучение. Эта проблема заключается в том, что лучи более длинноволнового излучения очень часто обходят стороной и огибают атомы и маленькие молекулы, размеры которых сопоставимы с длиной волны, а не отражаются от них, что приводит к ухудшению разрешающей способности.

Минимальная длина волны света лазера, которой удалось получить ранее, находится в промежутке между ультрафиолетовой и рентгеновской частями электромагнитного спектра. К сожалению, это не может обеспечить надлежащего качества при проведении съемки объектов на молекулярном и атомарном уровнях. И именно поэтому ученые сосредоточились на создании нового атомарного рентгеновского лазера.

Лазер был разработан группой, возглавляемой профессором Хитоки Йонеда (Hitoki Yoneda), и он является первым из типа так называемых рентгеновских атомных лазеров с твердой внутренней оболочкой (hard X-ray inner-shell atomic laser). Следует отметить, что уникальная структура таких лазеров была разработана группой профессора Йонеда во время предыдущих исследований.

В первом лазере, созданной группой профессора Йонеда, медная фольга "бомбардировалась" одним мощным импульсом накачивающего потока высокоэнергетических свободных электронов. Но такой подход продемонстрировал низкую эффективность и ученые изменили схему накачки, применив последовательность из двух импульсов рентгеновского излучения. Такой метод накачки позволил не только поднять показатель эффективности атомарного лазера, но и поднял показатели стабильности генерируемого лазером коротковолнового излучения.

А дальнейшие усовершенствования разработанной технологии позволят создать на ее базе сверхстабильные системы рентгеновской съемки, которые смогут выдавать высококачественные снимки даже самых маленьких объектов. И можно не упоминать, что такая технология может буквально произвести революцию во многих прикладных областях, включая медицину, квантовую оптику, физику элементарных частиц и т.п.