Лазерный мир

Его создание ускорит разработку новых беспроводных систем связи, приборов медицинской диагностики и различных сенсоров для изучения космоса, отметил Центр научной коммуникации МФТИ

Российские физики разработали квантово-каскадный лазер, способный постоянно вырабатывать когерентное терагерцовое излучение в широком диапазоне длин волн, от 3,1 до 3,9 ТГц. Его создание ускорит разработку новых беспроводных систем связи, приборов медицинской диагностики и различных сенсоров для изучения космоса, сообщил Центр научной коммуникации МФТИ.

«Создание квантово-каскадных лазеров является крайне сложной технологической задачей. На сегодняшний день небольшое число технологически развитых стран в состоянии решать эту задачу. Почти все этапы создания таких лазеров требуют «рекордов» и под силу лишь топ-командам. Это касается и разработки зонных дизайнов, и выверенного роста полупроводниковых гетероструктур», — пояснил заведующий лабораторией квантово-каскадных лазеров МФТИ Рустам Хабибуллин, чьи слова приводит Центр научной коммуникации вуза.

За последние годы физики создали несколько квантово-каскадных лазеров, способных вырабатывать пучки терагерцовых волн, однако большинство из них способно вырабатывать лишь очень короткие импульсы излучения из-за того, что они быстро нагреваются до опасно высоких температур. Российские ученые разработали новую конструкцию подобного лазера, которая решила проблему перегрева путем снижения плотности тока примерно на порядок.

Как отмечают ученые, исследователям удалось осуществить это благодаря реализации идеи одного из основоположников квантовой электроники Александра Прохорова. Он еще в 1965 году предложил использовать два фотонов и два квантовых перехода для выработки лазерного излучения, что в теории позволяет повысить эффективность работы лазера. Воплощение этой идеи на практике оказалась очень нетривиальной задачей, которую лишь недавно удалось решить российским физикам.

«Здесь я выделю наших коллег из ФТИ имени Иоффе, которым удалось слой за слоем вырастить 160 переходов-усиливающих модулей, каждый из которых содержит четыре квантовые ямы с толщинами слоев от 3 до 7 нанометров. Длительность роста таких сложных структур превышает 10 часов, и в течение этого времени нужно «выдержать» толщины и состав полупроводниковых слоев с точностью 1-2%», — добавил Хабибуллин.

Как показали последующие опыты с этими структурами из арсенида галлия и арсенида алюминия и галлия, созданные учеными лазеры были способны постоянно вырабатывать терагерцовые лучи милливаттной мощности в широком диапазоне частот и температур. В перспективе, это позволит создать новые типы излучателей для медицинских приборов, систем передачи данных и различные сенсоры для космических зондов и спускаемых аппаратов, подытожили ученые.

О квантово-каскадных лазерах

Квантово-каскадные лазеры представляют собой особый тип излучателей когерентного излучения, в которых свечение вырабатывается за счет переходов электронов между слоями двух разных полупроводниковых материалов с особо подобранными физическими и квантовыми характеристиками. Первая идея по созданию подобного излучателя была сформулирована советскими физиками еще в 1971 году.

Источник: https://nauka.tass.ru/nauka/22491043