`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Леонид Бараш

Оптический суперрезонатор для компактного и эффективного лазера

+22
голоса

Бубакар Канте (Boubacar Kanté) и его коллеги из Калифорнийского университета, Сан-Диего, США, создали новый тип компактного и высокоэффективного лазера, совместимого с оптическими системами связи. Перестраиваемое устройство, использующее волновое явление, впервые предложенное более 80 лет назад, может излучать свет с различными профилями луча. По словам Канте, лазер может когда-нибудь быть использован в широком спектре приложений, включая спектроскопию и захват света.

Волновой феномен, используемый в устройстве, впервые был предложен в 1929 году Джоном фон Нейманом и Евгением Вигнером, которые вычислили, что некоторые квантовые системы могут иметь связанные состояния выше порога континуума. Открытие этих «связанных состояний в континууме» (bound states in the continuum, BIC), было удивительным, поскольку этот порог обычно является энергией, необходимой для разрушения квантовой системы – например, ионизации атома.

Никто не обращал внимания на результат до 1970-х годов, когда физики предположили, что BIC могут существовать в обычных решетках полупроводниковых материалов. Совсем недавно было осознано, что BIC являются общим свойством всех волн и могут встречаться в классических системах, основанных на свете, звуке и микроволнах.

BIC может также функционировать как очень качественный оптический «суперрезонатор», который может ограничивать свет областями размером всего в несколько микрон. В противоположность этому изготовление высококачественных, но небольших по размеру резонаторов в обычных лазерах затруднено тем, что они должны быть сформированы из двух противоположных зеркал, которые отражают свет взад-вперед в среде генерации. Сжатие полостей сложно, поэтому создание крошечных лазеров, которые очень эффективны при генерации высококачественного света, является сложной задачей.

Теперь же Канте и его коллеги сделали крошечные лазеры, основанные на BIC, созданных в полупроводниковых структурах размером всего 10 мкм. Структуры представляют собой квадратные решетки из крошечных цилиндров из фосфида индия-галлия. Обычно BIC возникают в системах, в которых решетка бесконечно повторяется хотя бы в одном направлении. Канте и его коллеги обошли это ограничение, создав полость, которая поддерживает несколько стоячих волн, а затем отрегулировав структуру, чтобы она наилучшим образом походила на BIC.

Исследователи сделали несколько различных решеток, содержащих от 8 × 8 до 20 × 20 элементов на основе цилиндров с радиусами в диапазоне 500—550 нм. Они смогли создать лазеры со всеми этими решетками.

Канте сказал, что использование сверхкомпактных BIC позволяет устройствам эффективно генерировать высококачественный лазерный пучок – даже когда решетка является крошечной. Кроме того, свет излучается вертикально к поверхности решетки, что дает преимущества во время производственного процесса. Еще один плюс для лазера заключается в том, что он работает при комнатной температуре. И поскольку лазер основан на простой полупроводниковой матрице, его общий размер можно легко изменить – при больших решетках получается больше света.

Канте также указывает, что цвет лазерного света можно точно настроить, регулируя размер полупроводниковых цилиндров в массиве. Это означает, что он может быть полезен для создания компактных спектроскопических приборов, таких как перестраиваемый лазерный спектрометр, который используется в исследовательском аппарате NASA Curiosity для изучения химического состава марсианской атмосферы.

Другой аспект нового лазера состоит в том, что он может создавать «векторные» пучки света, которые имеют определенные профили, такие как распределение Гаусса или тороид. Такой свет может использоваться для захвата, манипулирования и исследования крошечных объектов, таких как бактерии и эритроциты. Векторные лучи могут также нести орбитальный момент, и этот «закрученный свет» имеет ряд приложений, включая увеличение емкости данных в оптических сетях связи.

Оптический суперрезонатор для компактного и эффективного лазера

Суперрезонатор: иллюстрация BIC-лазера на основе массива 10 × 10. Зеленым показан луч накачки, красным – излучаемый свет

+22
голоса

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT