Лазерный мир

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего продемонстрировали первый в мире лазер, работа которого основана на весьма необычном явлении волновой физики, называемом связанным состоянием в континууме.

Такой лазер, называемый BIC-лазером, может быть легко настроен на излучение света с определенной длиной волны, что весьма полезно для области медицины, называемой лазеротерапией. Кроме этого, BIC-лазер способен излучать лучи света с заранее заданной формой (спираль, тор или кривая нормального распределения), называемые векторными лучами, использование которых позволит передавать в десятки и сотни раз больше данных и что, в свою очередь, позволит создать более скоростные коммуникационные системы и более мощные компьютеры.

New laser based on unusual physics phenomenon could improve telecommunications, computing

Researchers at the University of California San Diego have demonstrated the world’s first laser based on an unconventional wave physics phenomenon called bound states in the continuum. The technology could revolutionize the development of surface lasers, making them more compact and energy-efficient for communications and computing applications. The new BIC lasers could also be developed as high-power lasers for industrial and defense applications.

«Lasers are ubiquitous in the present day world, from simple everyday laser pointers to complex laser interferometers used to detect gravitational waves. Our current research will impact many areas of laser applications,» said Ashok Kodigala, an electrical engineering Ph.D. student at UC San Diego and first author of the study.

https://phys.org/news/2017-01-laser-based-unusual-physics-phenomenon.html

Связанные состояния в континууме (Bound states in the continuum, BIC) — это явление, которое в теории существует с 1929 года. С физической точки зрения, BIC являются волнами, находящимися в открытой системе, но продолжающимися оставаться в связанном и ограниченном состоянии. Обычные волны в открытой системе могут распространяться во всех направлениях, но BIC-волны ведут себя совершенно иначе, их распространение ограничено некоей областью и они никогда не «сбегают» оттуда, даже несмотря на наличие открытых путей.

В своих предыдущих исследованиях ученые из Калифорнийского университета показали, что BIC-волны микроволнового диапазона могут быть использованы для эффективного захвата и удержания фотонов света в ловушке и обеспечения взаимодействия этого света с материей. Теперь, используя это явление, они разработали лазер нового типа, работа которого кардинально отличается от принципов работы всех других типов лазеров.

BIC-лазер построен на базе тонкой мембраны из полупроводникового материала, являющегося сложным соединением из индия, галлия, мышьяка и фосфора. Кроме этого, мембрана имеет структуру, представляющую собой матрицу наноразмерных цилиндров, соединенных перемычками, которые придают всему этому механическую прочность. Именно свойства материала, размеры и форма элементов являются теми «эффекторами», которые обуславливают появление BIC-волн и связанных с ними явлений в районе мембраны.

Эта мембрана активизируется лучом лазерного света высокой частоты и начинает излучать свой собственный свет на более низкой частоте, на частоте, которая используется в оптических телекоммуникациях.

Опытный образец BIC-лазера, созданный учеными, является демонстрацией того, что такой метод позволяет получить стабильный поток направленного когерентного излучения. Кроме этого, такие лазеры, помещенные на поверхность чипов, могут работать, используя матрицу элементов, размером 8 на 8. Для сравнения, VCSEL-лазеры (vertical-cavity surface-emitting lasers), используемые в современных технологиях, используют матрицы, минимум в 100 раз большие, нежели матрица BIC-лазера, и потребляют, соответственно, большее количество энергии.

Размер матрицы BIC-лазера может быть увеличен без каких-либо ограничений. Это позволит создавать мощные лазеры промышленного и военного назначения. А высочайший КПД таких лазеров позволит избавиться от традиционной «болезни» всех твердотельных лазерных систем, от перегрева при работе и от необходимости использования высокоэффективного охлаждения.

Следующим шагом, который намерены сделать ученые из Калифорнийского университета, станет разработка BIC-лазера с электрической накачкой, а не оптической, как сейчас.

«Лазеры с электрической накачкой могут использоваться везде где угодно вне стен исследовательских лабораторий» — пишут исследователи, — «Для приведения его в действие потребуется лишь аккумуляторная батарея или более мощный источник электрической энергии».

Источник: http://www.dailytechinfo.org/news/8853-sozdan-lazer-novogo-tipa-rabota-kotorogo-osnovana-na-ispolzovanii-vesma-neobychnogo-fizicheskogo-yavleniya.html