Ученые получили самый короткий импульс синего лазера

Ученые из ФИАН совместно с учеными из Кембриджа в рамках Европейского проекта получили пикосекундный импульс синего лазера

Полученные результаты открывают новые перспективы с точки зрения не только научных исследований, но и расширения области применения лазерной техники.

Лазер – это генератор электромагнитных волн в видимом диапазоне, то есть источник света. Свет этого генератора отличается уникальными свойствами: монохроматичностью (все излучение находится в узком диапазоне длин волн) и узконаправленностью (излучение не рассеивается).

Современная наука использует для создания лазеров газ, жидкость, химические реакции. Тем не менее самым используемым является полупроводниковый лазер, основанный на особом механизме накачки. В этом году полупроводниковым лазерам исполняется 50 лет. За это время, пройдя стадию от научного открытия до повсеместного использования, они прочно укрепились в нашей жизни. Но даже после стольких лет исследований осталась малоизученная ниша фиолетовых лазеров, основой которых является нитрид галия (GaN) – наиболее перспективный материал в электронике. Трудность их исследования заключается в тяжелом технологическом изготовлении. Хорошие образцы стали появляться сравнительно недавно в Японии.

Задачей Европейского проекта, в котором принимают совместное участие ученые из ФИАН и Кембриджского университета, было исследование импульсных режимов лазеров в синем/фиолетовом диапазоне. Японские компании (Sony, Sharp и другие) преуспели в исследовании непрерывного излучения подобных лазеров. На основе их исследований уже созданы технические приборы: например, приводы blu-ray. Импульсные же режимы генерации света в фиолетовом диапазоне с помощью полупроводников остаются малоизученной областью.

«В качестве образцов для исследования мы использовали лазеры, использующиеся в blu-ray приводах для компьютеров, модифицированные ионными пучками с помощью имеющегося в Кембриджском университете оборудования. Произведенная модификация в совокупности с введением в резонатор лазера управляемого поглощения позволила очень сильно менять динамику лазера, переводить его из непрерывного режима в импульсный», – комментирует результаты один из участников и руководителей проекта, ведущий научный сотрудник ФИАН, доктор физико-математических наук Петр Петрович Васильев.

Полученные лазеры исследовались в ФИАН на аппаратуре, позволяющей измерять импульсы с пикосекундной (10-12 с) и фемтосекундной (10-15 с) точностью. Для регистрации этих импульсов использовали сверхбыстродействующие электронно-оптические камеры. Данная техника, связанная с фотоэлектронной регистрацией, первоначально была разработана в ФИАН.

Главная проблема проводимых исследований заключается в том, что нитрид галия, который лежит в основе этих лазеров, тяжел технологически. В нем масса дефектов, также он быстро деградирует на воздухе, то есть исследуемые лазеры имеют короткий «срок жизни», что ограничивает также и время их исследования.

«Мы смогли получить только пикосекундные импульсы, хотя и надеялись на фемтосекундные. Однако и эти результаты позволили превзойти параметры японцев из лаборатории Sony. Согласно их публикациям, при дополнительном использовании линз, объективов, дифракционных решеток, а также внешнего резонатора они смогли генерировать импульсы величиной в единицы пикосекунд. А у нас не используются никакие внешние компоненты, и при этом результат в 1,4 пикосекунды», – комментирует Васильев.

Проводимые исследования имеют большую ценность не только с научной точки зрения, но и для применений в области биологии и медицины. Например, микроскопические масштабы лазера позволят создавать компактные приборы, мобильные и удобные в использовании, а короткая длительность импульса – исследовать и воздействовать на клетки организма, не разрушая их.

Источник: АНИ «ФИАН-Информ»