Вы здесь

Новый терагерцевый лазер установил рекорд мощности

Новый терагерцевый лазер установил рекорд мощности

Недавно разработанный терагерцевый лазер стал самым мощным в своём диапазоне излучения. Более того, применённую технологию можно будет использовать для повышения мощности лазеров самых разных диапазонов. О достижении сообщает научная статья, опубликованная в журнале Nature Communications командой во главе с Шушилом Кумаром (Sushil Kumar) из Лихайского университета в США.

Напомним, что всякое электромагнитное излучение имеет свою частоту. Если она составляет несколько гигагерц или ещё меньше, перед нами радиоволны. СВЧ-излучение, используемое в микроволновках, имеет чуть большую частоту (собственно, потому и называется сверхвысокочастотным). А ещё чуть дальше по спектру лежит терагерцевое излучение, за которым начинается уже инфракрасный диапазон, а после него – видимый свет, ультрафиолет, рентгеновские и гамма-лучи.

Также нелишне упомянуть основной принцип работы лазера. Как известно, когда частица (в частности, электрон в атоме) переходит с высокого энергетического уровня на более низкий, излучается фотон, который и уносит "лишнюю" энергию.

В обычных условиях, чем выше энергетический уровень, тем меньше на нём частиц. Это можно представить себе как высокую гору, на которую непрерывно кто-то пытается взобраться, но чем выше, тем меньше альпинистов остаётся на маршруте, а до вершины доходят лишь самые стойкие.

Задача физика, конструирующего лазер, – сделать так, чтобы один из верхних уровней по каким-то причинам стал более населённым, чем нижний. Тогда скопившиеся на нём частицы будут готовы "по команде" все разом рухнуть вниз по энергетической лестнице, и испущенные ими фотоны сложатся в мощный импульс излучения.

В принципе, лазер можно создать для любого диапазона электромагнитных волн, хотя эта задача может быть сложной. Инфракрасные, оптические и ультрафиолетовые излучатели давно уже используются человеком. "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) ранее писали также о подобных установках в радиодиапазоне (мазерах) и рентгеновских лазерах.

Терагерцевые устройства пока находятся в стадии разработки. Потенциал у них велик. Подобные лазеры помогут в дистанционном химическом анализе, сканировании грузов (этот вид излучения легко проходит через картон и пластик), медицинских исследованиях. Однако прежде всего нужно создать достаточно мощный лазер. Хотя бы для того, чтобы компенсировать поглощение водяным паром, рассеянным в воздухе, на дистанции в несколько метров.

Команда Кумара добилась выходной мощности в 170 милливатт. Может показаться, что такой результат – не повод для гордости, но это рекорд для устройств данного типа.

Разработка исследователей представляет собой полупроводниковый лазер. Излучающей средой здесь служит кристалл полупроводника, а энергетические уровни связаны с его разрешёнными зонами.

Это стандартная технология, однако у авторов есть и ноу-хау. Слой полупроводника зажат между двумя слоями металла, верхним и нижним. Особое расположение отверстий в этих металлических слоях эффективно распределяет излучение по полупроводнику и заставляет его испускать всё новые фотоны. В этом и заключается секрет успеха. Говоря языком специалистов, эти слои металла с отверстиями представляют собой комбинированную брэгговскую решётку второго и четвёртого порядка, но довольно сложно объяснить эти слова, не вдаваясь в технические подробности.

Как уточняется в пресс-релизе исследования, авторы создали и испытали целую батарею миниатюрных излучателей. Каждый из них имеет длину около 1,5 миллиметра, ширину от 0,1 до 0,2 миллиметра и толщину 10 микрометров. Все вместе они и достигают нужной мощности.

Как отмечают авторы в аннотации к своей статье, использованный метод более эффективен, чем стандартные способы повысить интенсивность излучения. Кроме того, он может использоваться не только для терагерцевых устройств, но во многих других диапазонах.

Категория: 
Лазеры

Добавить комментарий