Российские ученые из Института физики микроструктур РАН (ИФМ РАН), который расположен в Нижегородской области разработали новейший микродисковый лазер для среднего диапазона инфракрасного излучения. Результаты их научных изысканий были опубликованы в популярном научном журнале «Applied Physics Letters».
Суть нового изобретения
В работе лазера важнейшее значение имеют физические параметры материала. Структура нового изобретения является многослойной. Основу ее составляет полупроводниковое соединение элементов (кадмий—ртуть—теллур). Оно является одним из тех немногих, что подходят для генерации излучения среднего инфракрасного диапазона. Его удалось искусственно создать в институте российским ученым.
Фотоны инфракрасного излучения способны генерироваться в активной области лазера — в квантовых ямах, что представляют собой тонкий слой полупроводникового соединения. Он имеет толщину в несколько десятков атомов, которые ограничены с двух сторон слоями из проводников иного состава, выполняющими функцию барьера. Для создания такой структуры ученые контролировали при выращивании полупроводника не только его состав, но и толщину на уровне атомов.
Созданная научная новинка — результат совместных трудов нижегородских физиков и ученых из Новосибирска. Уникальность созданного ими инновационного лазера заключается в том, что его конструкция позволяет перестраивать длину волны излучения в широком диапазоне, используя для этого регулировку температуры рабочей среды. Такой особенностью не обладают ни квантово-каскадные, ни оптоволоконные лазеры.
Инновационная разработка
ИФП СО РАН — это наш отечественный уникальный научный центр. Он известен своим высоким уровнем научных разработок как в России, так и в мире в целом. В нем то и смогли разработать уникальную методику, которая позволила вырастить для лазера полупроводниковый материал.
Наши гениальные ученые изобрели технологию синтеза необходимых для научной новинки волноводных структур. Так удалось реализовать новую идею на базе уже известных наноструктур.
Лазер получил ряд отличий от прочих более ранних разработок. Он стал способен работать на различных длинах волн. Раньше лазеры созданные на квантовых ямах должны были получать охлаждение до -120 градусов Цельсия. Сейчас же удалось значительно повысить рабочую температуру до - 43 градусов. Потому для охлаждения теперь достаточно применения маленького термоэлектрического преобразователя. Ранее для этого использовались большие криогенные панели.
Новейшая полупроводниковая структура с запатентованной технологией российского института в ее основе и была интегрирована в микродисковую конструкцию нового лазерного резонатора, который может усиливать излучение за счет того, что способен многократно отражаться от стенок диска.
Моды шепчущей галереи
Моды шепчущей галереи представляют собой тип волны, которая может распространяться по вогнутой поверхности. Первоначально обнаруженные для звуковых волн в шепчущей галерее сбора Святого Павла, как оказалось позже, они могут существовать для световых и других типов волн, имеющих важное применение — в генерации, охлаждении, зондировании, а также в астрономии.
Впервые они были объяснены для случая с собором Святого Павла (Лондон). В нем собеседники могут услышать шепот, находясь на расстоянии в 30 метров друг от друга. В соборе округлой формы этот эффект достигается путем многократного отражения звука от стен. Возникает так называемая стоячая звуковая волна. Микродисковый резонатор нового лазера работает подобно такому отражению, только для инфракрасного излучения в диапазоне 3-5 микрон.
Область применения
В настоящий момент создан лишь экспериментальный образец микродискового лазера — это пока только лабораторный прототип. В последующем разработчики запланировали его миниатюризацию, чтобы сделать новинку более доступной по стоимости и удобной в повседневном использовании.
Польза нового изобретения, как вспомогательного инструмента, возможна при различных видах деятельности: для экологического мониторинга, медицинской диагностики, химического анализа, для оперативного поиска утечек метана в шахтах, на газопроводах, в различных подземных сооружениях. Такая новинка открывает большие перспективы при проведении молекулярной спектроскопии.
Лазеры с инфракрасным излучением способны решать широчайший спектр задач. Однако ситуация осложняется трудоемкостью их производства и высокой стоимостью. Сейчас же наши российские физики создали пока единственный прототип того важного научного инструмента, что способен стать в скором будущем важнейшим техническим решением, запущенным в массовое производство.
Друзья! Познавательным каналам очень сложно выживать в ленте среди политической повестки и звезд шоу-бизнеса.😔 Сделайте свой маленький вклад в научное просвещение граждан, поставьте палец вверх👍 и подпишитесь на наш канал. Спасибо🥰