Научная статья «Два типа суперлюминесценции в HPHT-алмазе с высокой концентрацией NV-центров» вышла в ведущем международном журнале «Diamondand Related Materials», публикующем результаты новых фундаментальных и прикладных исследований всех форм алмаза, интеграции алмаза с другими передовыми материалами и разработки технологий его использования.
Сотрудники лаборатории фотоники и квантовых технологий ГУАП внесли определяющий вклад в появление научной статьи – от постановки задачи исследования до проведения экспериментов, анализа полученных данных и написания текста. Ученые поделились предысторией публикации и рассказали о теме и значимости исследования.
Статья посвящена комплексному экспериментальному исследованию спектроскопических характеристик многосекториальной пластины синтетического HPHT-алмаза с азотвакансионнымиNV--центрами окраски. Впервые показано наличие двух типов суперлюминесценции при импульсной лазерной накачке на длине волны 532 нм. На одном из этих типов суперлюминесценции и получена импульсная лазерная генерация.
– К моменту начала исследований синтетических алмазов с центрами окраски на NV--центрах коллегами из ряда научных организаций России, в частности, лаборатории фотоники Томского национального университета (с участием зав. лабораторией Евгением Липатовым) впервые в мире была получена лазерная генерация на таком алмазе. Статья под названием «NV–diamondlaser» была опубликована в престижнейшем научном журнале Nature Communications (Великобритания) в 2021 году. Однако эффективность генерации была невысокой,– рассказал о старте исследований данной темы Вячеслав Лебедев, заведующий лабораторией фотоники и квантовых технологий ГУАП.
Затем алмазные образцы появились в лаборатории ГУАП. Впоследствии был заключен и договор о творческом сотрудничестве ГУАП и НИ ТГУ.
Алмаз как активный элемент лазера привлекает разработчиков своими уникальным физическими свойствами, такими как высокая теплопроводность и радиационная стойкость. Появляется возможность создания компактных и эффективных лазерных устройств, работающих, например, в системах оптической передачи информации, в том числе в сложных окружающих условиях, например, в условиях космического полета.
Исследуемые отечественные высококачественные крупные синтетическиеалмазы выращены по уникальной технологии при экстремально высоком давлении и высокой температуре (HPHT-технология: High Pressure High Temperature) в ООО «НПК «Алмаз» (Сестрорецк). Центры излучения в таких алмазах – центры окраски NV- –образуются после их облучения пучком электронов и высокотемпературного отжига в ООО «ВЕЛМАН» (Новосибирск).
В ГУАП разработаны экспериментальный стенд и методики измерения временных и спектральных характеристик излучения этих алмазов с целью понимания перспектив их использования в качестве эффективных источников излучения. Исследования проводятся совместно с партнерами из промышленных предприятийидругих университетов, таких как ООО «НПК «Алмаз», ООО «ВЕЛМАН», Санкт-Петербургский горный университет и Национальный исследовательский Томский государственный университет.
– Именно в лаборатории ГУАП была предложена схема эксперимента по одновременному измерению спектров и импульсов суперлюминесценции образцов при оптической накачке в полосу поглощения NV–-центров импульсным излучением второй гармоники импульсного Nd-YAG лазера - длина волны генерации 532 нм. Впервые было показано, что в кристалле алмаза присутствуют два типа суперлюминесценции: широкополосная и узкополосная. Именно узкополосная суперлюминесценция и отвечает за импульсную лазерную генерацию. Новым оказалось то, что узкополосная суперлюминесценция возбуждается только импульсным излучением и только в той области многосекториального кристалла, в которой одновременно присутствуют высокая концентрация NV– и С-центров. Были исследованы особенности узкополосной суперлюминесценции. Исследования в настоящее время продолжаются, – отметил заведующий лабораторией фотоники и квантовых технологий ГУАП.
На текущей стадии исследования алмазы рассматриваются как перспективная активная среда с получением лазерной генерации при оптической накачке импульсным лазерным излучением на длине волны 532 нм.
– Результаты исследований показали, что для возникновения эффективной лазерной генерации в алмазе должны присутствовать не только NV--излучающие центры, но и С-центры, где NV-– это центр «азот-вакансия», а С –центр-одиночный атом азота, замещающий атом углерода.Для эффективной работы лазера необходимо, чтобы концентрацияС-центров была в несколько раз больше концентрации NV—центров,– пояснил ученый.
Эта работа выполняется при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках проекта «Фундаментальные основы построения помехозащищенных систем космической и спутниковой связи, относительной навигации, технического зрения и аэрокосмического мониторинга».