Получен самый короткий импульс полупроводникового лазера в фиолетовом диапазоне

Ученые из ФИАНа совместно с учеными из Кембриджа в рамках Европейского проекта получили пикосекундный импульс синего лазера. Полученные результаты открывают новые перспективы, не только с точки зрения научных исследований, таких как "фотографирование" движения элементарных частиц, но и расширения области применения лазерной техники, например создание новых накопителей информации превышающих по ёмкости Blue Ray диски.

• 
• Violet laser

    Лазер – это генератор электромагнитных волн в видимом диапазоне, то есть источник света. Свет этого генератора отличается уникальными свойствами: монохроматичностью (все излучение находится в узком диапазоне длин волн) и узконаправленностью (излучение не рассеивается). Современная наука использует для создания лазеров газ, жидкость, химические реакции. Тем не менее, самым используемым является полупроводниковый, основанный на особом механизме накачки. В этом году полупроводниковым лазерам исполняется 50 лет. За это время, пройдя стадию от научного открытия до повсеместного использования, они прочно укрепились в нашей жизни. Но даже после стольких лет исследований осталась малоизученная ниша фиолетовых лазеров, основой которых является нитрид галия (GaN) – наиболее перспективный материал в электронике. Трудность их исследования заключается в тяжелом технологическом изготовлении. Хорошие образцы стали появляться сравнительно недавно в Японии.

    Задачей Европейского проекта, в котором принимают совместное участие ученые из ФИАН и Кембриджского университета, было исследование импульсных режимов лазеров в синем/фиолетовом диапазоне. Японские компании (Sony, Sharp и другие) преуспели в исследовании непрерывного излучения подобных лазеров. На основе их исследований уже созданы технические приборы: например приводы blu-ray. Импульсные же режимы генерации света в фиолетовом диапазоне с помощью полупроводников остаются областью малоизученной.

    «В качестве образцов для исследования мы использовали лазеры, использующиеся в blu-ray приводах для компьютеров, модифицированные ионными пучками с помощью имеющегося в Кембриджском университете оборудования. Произведенная модификация, в совокупности с введением в резонатор лазера управляемого поглощения, позволила очень сильно менять динамику лазера, переводить его из непрерывного режима в импульсный», – комментирует результаты один из участников и руководителей проекта, ведущий научный сотрудник ФИАН, доктор физико-математических наук Петр Петрович Васильев.

    Полученные лазеры исследовались в ФИАНе на аппаратуре, позволяющей измерять импульсы с пикосекундной (10^-12с) и фемтосекундной (10^-15с) точностью. Для регистрации этих импульсов использовали сверхбыстродействующие электронно-оптические камеры. Данная техника, связанная с фотоэлектронной регистрацией, первоначально была разработана в ФИАНе.

    Главная проблема проводимых исследований заключается в том, что нитрид галия который лежит в основе этих лазеров, тяжел технологически. В нем масса дефектов, также он быстро деградирует на воздухе, т.е. исследуемые лазеры имеют короткий «срок жизни», что ограничивает также и время их исследования.

    «Мы смогли получить только пикосекундные импульсы, хотя и надеялись на фемтосекундные. Однако и эти результаты позволили превзойти параметры японцев из лаборатории Sony. Согласно их публикациям, при дополнительном использовании линз, объективов, дифракционных решеток, а также внешнего резонатора, они смогли генерировать импульсы величиной в единицы пикосекунд. А у нас не используются никакие внешние компоненты, и при этом результат в 1,4 пикосекунды», – комментирует Васильев.

    Проводимые исследования имеют большую ценность не только с научной точки зрения, но и для применений в области биологии и медицины. Например, микроскопические масштабы лазера позволят создавать компактные приборы, мобильные и удобные в использовании, а короткая длительность импульса – исследовать и воздействовать на клетки организма, не разрушая их.

Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.