Новейшие направления в науке, которыми занимаются в Университете ИТМО

Лазерные технологии, Новости науки и техники Комментариев к записи Новейшие направления в науке, которыми занимаются в Университете ИТМО нет

Вузы, где образование совмещено с научной работой, привлекают многих абитуриентов: это дает возможность еще на студенческой скамье включиться в разработку перспективных технологий. В числе таких технологий будущего, например, оптические методы передачи и обработки информации, солнечная энергетика, биомедицинские лазерные технологии. Фотонику и другие научные дисциплины можно изучать в Университете ИТМО в Санкт-Петербурге на образовательных программах бакалавриата и магистратуры. Для того чтобы узнать, как именно строится научная работа в Университете ИТМО, мы посетили несколько лабораторий и поговорили с их сотрудниками о темах текущих исследований.

Перовскиты и нанофотоника

Физики из Международной лаборатории гибридной нанофотоники и оптоэлектроники используют нанофотонику для улучшения перовскитных солнечных элементов — нового вида источников тока, эффективность которых находится на одном уровне с традиционными элементами, а стоимость производства значительно ниже.

Перовскит хорошо изучен, его характеристики хорошо известны, и поэтому мы можем четко выделить на нем вклад наночастиц. Обычно эффективность таких элементов составляет примерно 18 процентов, а добавление наших частиц увеличило ее до 19 процентов. Казалось бы, это не очень много. Однако стоимость производства и внедрения наноантенн в элемент питания очень низкая. Мы просто фокусируем лазер на специальном составе, и буквально за несколько минут нарабатываем столько частиц, что их хватит на модуль. Нанести их тоже несложно — достаточно капнуть составом на наполовину изготовленное устройство, а потом размазать его ровным слоем. Это очень просто и дешево сделать, и эффективность элемента вырастет на целый процент. Ну и, конечно, следующий шаг — взять текущих рекордсменов среди перовскитов и добавить наноантенны уже в них. Тогда мы побьем текущий рекорд.

Готовый перовскитный светодиод

Готовый перовскитный светодиод

Разумеется, наша работа ограничивается не только солнечными элементами. Например, мы используем перовскиты для производства дисплеев. В настоящее время заметную часть рынка светодиодов занимают органические светодиоды (OLED), которые дешевы в производстве и имеют высокую энергоэффективность. Постепенно их замещают квантовые точки, эффективность которых еще выше.

Терагерцы из воды

Ученые из международной Лаборатории фемтосекундной оптики и фемтотехнологий Международного института «Фотоника и оптоинформатика» изучают генерацию терагерцового излучения в струе жидкости. О том, что такое терагерцовое излучение, где оно применяется и почему для генерации пришлось использовать струи жидкости, рассказывает руководитель лаборатории, кандидат физико-математических наук Антон Цыпкин:

Генерация терагерцового излучения в жидкости — это довольно молодое направление, основанное группой ученых под руководством профессора Си-Чэн Чжана (Xi-Cheng Zhang). Буквально в прошлом году они показали, что под действием лазерного импульса продолжительностью около 400 фемтосекунд (одна фемтосекунда равна 10−15 секунд) вода начинает испускать излучение в терагерцовом диапазоне, то есть с частотами порядка одного терагерца. Для сравнения: частота СВЧ-излучения микроволновой печки примерно равна 0,002 терагерца, а частота инфракрасного излучения человеческого тела — примерно 50 терагерц. До этого считалось, что заставить воду излучать в терагерцовом диапазоне невозможно.

Принцип генерации излучения в жидкости сравнительно прост. Как известно, вода очень хорошо поглощает терагерцовое излучение. Если направить этот процесс в обратную сторону, то можно заставить ее так же хорошо излучать — только нужно правильно на нее воздействовать. Например, направить на нее короткий (спектрально ограниченный), но мощный лазерный импульс, который называют импульсом накачки. Проблема в том, что подобрать параметры этого импульса очень сложно, и терагерцовое излучение на выходе получается очень слабое. Однако группа Чжана обнаружила, что при уширении спектра импульса и увеличении его продолжительности до 300–500 фемтосекунд (такие импульсы называют чирпированными) тонкую пленку воды все-таки можно заставить испускать излучение в диапазоне от 0,1 до 3 терагерц.

Основная задача, над которой мы работаем, — это повышение эффективности генерации, то есть увеличение энергии терагерцового импульса при фиксированной мощности импульса накачки. Поскольку «жидкая» генерация позволяет использовать двухцветную филаментацию, есть надежда, что с ее помощью можно получить бо́льшую эффективность, чем у существующих способов. Филаменты — это тонкие лазерные нити, возникающие в прозрачной среде из-за нелинейных эффектов, в результате которых мощный световой импульс самопроизвольно фокусируется и дефокусируется.

Радиофотоника

В радиофотонных устройствах электрический сигнал высокой или сверхвысокой частоты («радио-») подается на лазер или светодиод, модулируя во времени излучение прибора («-фотоника»). Чтобы такая модуляция была эффективной, нужно согласовать сопротивления диода и высокочастотного тракта. Для решения этой задачи сотрудники центра численно моделируют устройства, изготавливают макетные платы для проверки корректности модели и исследуют их на векторном анализаторе цепей.

В вузовской лаборатории был разработан лазер с пассивной синхронизацией мод на длине волны 1550 нанометров, излучающий импульсы длительностью 6 пикосекунд с частотой повторения 10 гигагерц. Пассивная синхронизация — это метод согласования фаз продольных колебаний в лазере, полагающийся на различные нелинейные оптические эффекты (например, самофокусировку света) и позволяющий получать сверхкороткие импульсы. Как и для фотоприемника, для лазера также был проведен полный цикл производства, начиная с моделирования гетероструктуры кристалла и заканчивая сборкой готового прибора. Выходные характеристики лазера измерялись на оптическом анализаторе спектра — BOSA 100 фирмы Aragon Photonics. Этот прибор отличается очень хорошей разрешающей способностью (0,1 пикометра), что позволяет детально исследовать спектр лазерного излучения.

Измерение спектра лазера на уникальном оборудовании

Измерение спектра лазера на уникальном оборудовании

Полное содержание статьи: https://nplus1.ru/material/2018/07/12/ifmo-gallery


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2016
Напишите нам:
laser.w@yandex.ru

Back to Top