Frekventni češalj (frequency comb)

Izlaz Tsunami femtosekundnog laserskog oscilatora je niz ultrakratkih laserskih pulseva trajanja ~100 fs, međusobno vremenski razmaknutih T=12.5 ns (repeticija pulseva frep=80 MHz).

Iako je spektralna širina jednog pulsa reda 10 nm, frekventni spektar niza pulseva (pulse train) ima oblik frekventnog češlja i sastoji se od velikog broja (~1 000 000) laserskih modova koji su međusobno razmaknuti za frekvenciju repeticije pulseva frep.

Interakcijom takvog niza pulseva sa rezonantnim atomskim medijem postižu se efekti akumulacije populacije i koherencije u mediju. Naime, frekvencija repeticije laserskih pulseva je toliko velika (veća od vremena relaksacije atomskog sistema) da atomski medij nema dovoljno vremena da bi se potpuno relaksirao između dva uzastopna pulsa. Shema eksperimentalnog uređaja za istraživanje interakcije niza laserskih pulseva i rubidijevih atoma prikazana je na slici.

Rezultat interakcije frekventnog češlja sa rubidijevim atomima promatra se laserskom apsorpcijskom spektroskopijom, upotrebom kontinuiranog poluvodičkog lasera, koji prebrisuje Rb D2 rezonantnu liniju na 780 nm i na taj način monitorira naseljenost hiperfinih nivoa osnovnog stanja rubidija. Kao rezultat interakcije postiže se brzinski selektivno optičko pumpanje hiperfinih nivoa rubidijevog osnovnog stanja. Efekt se prepoznaje kao periodičke modulacije u apsorpcijskim profilima Rb hiperfinih atomskih linija.

Kvantitativna interpretacija opaženog efekta bazira se na teorijskom formalizmu koji opisuje atomski sistem upotrebom matrice gustoće. Matrica gustoće omogućuje uvid u vremensko odvijanje sistema - naseljenosti i koherencija pojedinih hiperfinih nivoa.