Над созданием лазера работали ученые из Института сильноточной электроники СО РАН (Томск) в кооперации с исследователями из Томского государственного университета, Всероссийского научно-исследовательского института автоматики им. Н. Л. Духова, Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН.

Алмазный лазер на NV-центрах (с нулевой фононной линией при 637 нм) при оптической накачке имеет широкие перспективы для создания квантовых сенсоров и компьютеров, а также для развития квантовых вычислений и коммуникаций. Исследование опубликовано на портале Nature Communications.

NV^– diamond laser

For the first time, lasing at NV⁻ centers in an optically pumped diamond sample is achieved. A nanosecond train of 150-ps 532-nm laser pulses was used to pump the sample. The lasing pulses have central wavelength at 720 nm with a spectrum width of 20 nm, 1-ns duration and total energy around 10 nJ. In a pump-probe scheme, we investigate lasing conditions and gain saturation due to NV⁻ ionization and NV⁰ concentration growth under high-power laser pulse pumping of diamond crystal.
https://www.nature.com/articles/s41467-021-27470-7

Полученный результат можно считать настоящим прорывом, так как безуспешные попытки добиться лазерного излучения от центров окраски в алмазах велись десятилетиями. Импульсное свечение алмазных кристаллов наносекундной длительности наблюдалось в красной области спектра при накачке лазерным излучением в зеленой и оранжевой областях спектра. Ученые добились энергии лазерного импульса до 48 микроджоулей при коэффициенте полезного действия до 1 % (таков в среднем КПД работы лазеров разного типа). Теперь ведется процедура патентования изобретения.

Для создания прибора алмаз природного происхождения не подходил, так как от него нельзя добиться повторяемости свойств, необходимой для стабильной работы лазера. Поэтому ученым был нужен минерал искусственного происхождения, который бы подвергся радиационно-термической обработке, после чего в его кристаллической структуре образовался ряд центров окраски, стойких к лазерному излучению.

В ИСЭ СО РАН обсуждается вопрос об открытии лаборатории углеродной электроники и фотоники. Уже создается экспериментальная станция научного оборудования для полного цикла работы с алмазами. Подробнее о планах рассказал Евгений Липатов, руководитель инновационной компании ООО «Высокотехнологичные алмазные устройства»: «Мы будем разрабатывать коммерчески востребованный на рынке продукт — алмазный лазер, способный генерировать излучение при протекании электрического тока. Говоря иными словами, устройство, способное работать от розетки. Планируется также развивать направление, связанное с созданием квантовых сенсоров магнитного поля».

Директор компании уверен, что развитие углеродной электроники и квантовых технологий — вычислений, криптографии и сенсорики — является одной из приоритетных задач развития науки и может вывести Россию на лидирующие позиции в мире. 

Источник: https://scientificrussia.ru/articles/rossijskie-ucenye-vpervye-prodemonstrirovali-almaznyj-lazer-dla-kvantovyh-tehnologij