Первый в России «постоянный» терагерцовый квантово-каскадный лазер помогла создать идея 1965 года

Представители Центра научной коммуникации МФТИ сообщили о создании первого в истории нашей страны квантово-каскадного лазера, которые разработчики назвали «постоянным». Такое прозвище ему дано из-за возможности на постоянной основе вырабатывать когерентное терагерцовое излучение в широком диапазоне длин волн, от 3,1 до 3,9 ГГц. И такой лазер может стать основой новых беспроводных систем связи или сенсоров для изучения космоса.

«Создание квантово-каскадных лазеров является крайне сложной технологической задачей. На сегодняшний день небольшое число технологически развитых стран в состоянии решать эту задачу. Почти все этапы создания таких лазеров требуют «рекордов» и под силу лишь топ-командам. Это касается и разработки зонных дизайнов, и выверенного роста полупроводниковых гетероструктур», — пояснил заведующий лабораторией квантово-каскадных лазеров МФТИ Рустам Хабибуллин, чьи слова приводит Центр научной коммуникации вуза.

Квантово-каскадный лазер — это не ноухау инженерной и научной мысли. Их создано большое количество, однако практически все они могут вырабатывать лишь очень короткие импульсы излучения. Причиной этому является тот факт, что они в кратчайшие сроки нагреваются до очень высоких температур. Российские специалисты оптимизировали конструкцию лазера, которая предотвращает перегрев аппарата за счёт снижения плотности тока примерно на порядок.

В МФТИ отметили, данного результата удалось добиться, когда учёные реализовали идею одного из основоположников квантовой электроники Александра Прохорова. Ещё в 1965 году он предположил, чтобы получить лазерное излучение, можно задействовать два фотона и два квантовых перехода. Но на практике реализовать задумку российского учёного было довольно сложно. Воплотить её в жизнь удалось только сейчас.

«Здесь я выделю наших коллег из ФТИ имени Иоффе, которым удалось слой за слоем вырастить 160 переходов-усиливающих модулей, каждый из которых содержит четыре квантовые ямы с толщинами слоев от 3 до 7 нанометров. Длительность роста таких сложных структур превышает 10 часов, и в течение этого времени нужно «выдержать» толщины и состав полупроводниковых слоев с точностью 1-2%», — добавил Хабибуллин.

Использование структур из арсенида галлия и арсенида алюминия и галлия позволило учёным создатель лазер, который может постоянно генерировать терагерцовые волны милливаттной мощности в широком диапазоне частот и температур.