BICSEL -  новый тип лазера

Воспользовавшись идеей из квантовой механики времен эпохи джаза, исследователи смогли создать новый тип лазера, который может быть куда компактнее, чем уже существующие.
17 Январь 2017, 17:54
Новая разработка основана на феномене, известном как связанные состояния в континууме(BIC). Он позволяет ученым создавать оптический резонатор для лазера прямо в воздухе.
«Не каждый день нам дается возможность создать новый тип лазера» - говорит Боубакар Канте, профессор по электро- и вычислительной технике из Калифорнийского университета в Сан Диего. Именно он и его коллеги описали новое изобретение в последнем выпуске Nature.


В большинстве традиционных лазеров оптический резонатор создается из некого материала, внутри которого световые волны отражаются между двумя зеркалами. Таким образом, они возбуждают электроны материала и заставляют их выделять еще больше фотонов. В конце концов, часть лазера проходит сквозь одно из зеркал, так как оно не 100% отражающее, что и создает лазерный луч.

Оптический резонатор BIC представляет собой тип фотонного кристалла, форма которого подобрана так, чтобы управлять распространением световых волн. Исследователи создали мембрану из диэлектрического материала, арсенид-фосфида индия-галлия.

Мембрана состоит из небольших дисков из этого материала толщиной в 300 нано-метров и радиусом в 528,4 нано-метра. Эти диски, исследователи называют их «частицами», и есть то место, где появляется лазер. Они расположены на расстоянии 1200 нано-метров друг от друга и соединены крошечными мостиками для структурной целостности. Команде ученых удалось построить структуры в размерах от 8 на 8 до 20 на 20 этих «частиц».

Их периодическое расположение создает своеобразные запретные зоны, частоты, на которых световые волны просто не могут существовать. Эти зоны и выступают как зеркала, удерживающие свет между собой. Небольшие неточности в архитектуре делают эти зеркала не идеальными, в результате чего свет просачивается сквозь них и образуется луч.

Таким образом, появляется возможность создать оптический резонатор с куда более высоким «фактором качества» - это внепространственный параметр, который описывает то, какое количество энергии может удержать резонатор. Это означает, что ученые могут создавать лазеры с меньшим потреблением энергии, что, в свою очередь, дает возможность делать их либо компактнее, чем когда-либо, либо создавать мощные устройства с низким уровнем выделения тепла.

Команда разработчиков называет свое изобретение BICSEL, по аналогии с уже давно использующимся сокращением для лазеров поверхностного излучения с вертикальным резонатором - VCSEL.
Канте считает, что они смогут построить устройство в 100 раз меньше, чем VCSEL. Если получится, можно будет помещать больше лазеров на компьютерные чипы и не волноваться о перегреве, что приведет к повышению скорости передачи данных внутри вычислительных машин.

Эти лазеры можно также создавать так, чтобы они выделяли свет под определенным углом, что делает их потенциально полезными в качестве направляющих оптических антенн.

Новая разработка работает на частоте 1550 нм, она популярна в телекоммуникациях, однако применение других материалов должно позволить создать устройство и для любой другой стандартной частоты. Демонстрационный вариант работал на энергии другого лазера, но у Канте уже есть трехлетний грант от Национального фонда содействию науке США на создание устройства, работающего от электричества.