Хотя в фантастике лазеры давно и плотно заняли место оружия, в реальности это не так. В нашем мире их применяют по большей части в промышленности и фундаментальной науке. При этом важно, что лазеры должны испускать монохроматическое и когерентное (с постоянной разницей фаз) излучение с точной частотой. Последнее условие определяет достоверность физических измерений. В частности, фемтосекундные лазеры используются в атомных часах.

Интересно, что такие лазеры имеют спектр, расширенный до оптических гребенок, частота которых сравнивается с показателем перехода атома цезия. Их ширина измеряется в мГц, у видимого же излучения она достигает сотен ТГц.

Лучшие из доступных лазеров могут иметь ширину спектральной линии до нескольких КГц. Тем не менее, для некоторых экспериментов этого недостаточно. В новой работе специалисты из Физико-технического федерального института (Германия) и других научных учреждений представили лазерную установку с рекордно малой шириной спектра и высокой когерентностью. Основу генератора составляет резонатор Фабри — Перо, состоящий из монокристаллического кремния. Выбор материала был обусловлен возможностью снизить тепловой шум без потери точности. Для этого систему охлаждали до 124 Кельвинов (-149 градусов Цельсия).

Кроме этого, учёные стремились изолировать установку от всех типов помех, включая вибрации и звук, поскольку длину волны излучения определяло расстояние между отражающими поверхностями резонатора. Лазер был рассчитан на испускание света с длиной волны 1542 нм (инфракрасное излучение). По словам авторов, описанная конструкция позволяла добиться ультрастабильной пространственной когерентности: электрические поля в пучке колебались с шагом менее нескольких десятков аттометров (1×10-9 нанометра) — диаметр атома водорода превышает этот показатель в 10 миллионов раз. При этом ширина спектра составила всего восемь миллигерц, или 4×10-17 несущей частоты лазера.

Стабильность излучения представленной системы настолько высока, что генерируемый ей свет может преодолеть практически десятикратное расстояние между Луной и Землей прежде, чем рассинхронизирется. Время когерентности установки они оценили в 11-55 секунд. Подчеркивается, что оптимизация сконструированного лазера едва ли позволит значительно увеличить показатель, поскольку последний приближается к фундаментальному пределу. В качесте альтернативы исследователи рассматривают дополнительное снижение теплового шума. Сделать это возможно, в частности, с помощью покрытия из арсенида алюминия-галлия и охлаждения до температуры в 4 Кельвина (-269 градусов Цельсия).