Российские физики создали и построили первый в нашей стране непрерывный двухфотонный квантово-каскадный лазер с четырьмя квантовыми ямами в периоде. Новая разработка обладает двухполосным терагерцовым излучением в широком диапазоне 3,1-3,9 ТГц и, как сообщает издание «За науку», открывает новые возможности для систем беспроводной связи, медицинской диагностики и исследовании атмосферы Земли и межзвездного космического пространства.
Как поясняют разработчики, квантово-каскадные лазеры в терагерцовом диапазоне работают в импульсном режиме (излучают порциями), что позволяет избежать перегрева. Чтобы перевести квантово-каскадный лазер в режим непрерывного излучения, необходимо уменьшить рабочее тепловыделение лазера. Это возможно сделать, если ток, проходящий через лазер, будет достаточно мал. Российские физики поставили перед собой задачу уменьшить плотность тока на порядок до 100 А/см² и успешно решили ее. Это позволило создать первый непрерывный терагерцовый квантово-каскадный лазер, изготовленный в России.
Специалисты МФТИ отмечают, что в двухфотонных лазерах излучение генерируется при участии двух фотонов, что увеличивает энергоэффективность лазера. Но создание такого лазера было затруднено из-за отсутствия подходящей материальной системы (усиливающей среды).
— Создание квантово-каскадных лазеров является крайне сложной технологической задачей. На сегодняшний день небольшое число технологически развитых стран в состоянии решать данную задачу. Практически все этапы создания таких лазеров требуют “рекордов” и под силу лишь топовым командам. Это касается и разработки зонных дизайнов, и чрезвычайно прецизионного роста полупроводниковых гетероструктур. Здесь бы я выделил наших коллег из ФТИ им. А. Ф. Иоффе (Николай Малеев, Алексей Васильев, Александр Кузьменков), которым удалось послойно вырастить 160 периодов (усиливающих модулей), каждый из которых содержит 4 квантовые ямы с толщинами слоев от 3 до 7 нм. Длительность роста таких сложных структур превышает 10 часов, и в течение этого времени нужно “выдержать” толщины и состав полупроводниковых слоев с точностью 1—2 %, — отмечает Рустам Хабибуллин, заведующий лабораторией квантово-каскадных лазеров МФТИ.
В передовом научном исследовании принимали участие ученые из МФТИ, Института сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники им. В. Г. Мокерова РАН, Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе РАН, Научно-технического центра «Субмикронные гетероструктуры для микроэлектроники» РАН, Академического университета им. Ж. И. Алферова и ННГУ им. Лобачесвкого. Над разработкой зонного дизайна терагерцовых квантово-каскадных лазеров работали ученые из Белорусского Государственного университета. Команда из МГУ им. М. В. Ломоносова под руководством Антона Иконникова и команда из ИФМ РАН (Нижний Новгород) под руководством Владимира Гавриленко исследовали характеристики лазера.
На иллюстрации вверху: Диаграммы зон проводимости и квадраты модулей волновых функции оптимизированной двухфотонной конструкции. Рисунок из статьи российских ученых о разработке лазера в издании Journal of Applied Physics.
Оценили 10 человек
16 кармы