Глубокий ультрафиолет — часть ультрафиолетового диапазона с очень короткой длиной волны, менее 300 нм. Такой свет не виден глазу и не освещает пространство в привычном для человека смысле. При этом из-за высокой энергии фотонов глубокий ультрафиолет хорошо поглощается веществом и может запускать фотохимические реакции. Поэтому его используют для технологических задач: анализа газов, обнаружения биологически активных веществ, обеззараживания или передачи данных на небольшие расстояния.
Ученые из Санкт-Петербурга создали микролазер размером с бактерию
Международная команда ученых при участии НИУ ВШЭ создала микролазеры, излучающие в диапазоне глубокого ультрафиолета — 255 нм. Устройства работают при комнатной температуре, а диаметр самого маленького из них — около 2 мкм, что сопоставимо с размером бактерии.
Magnific
Микролазеры могут применяться для фотонных сенсоров, спектроскопических систем, фотонных чипов и устройств связи.
Привычные источники такого излучения — ртутные лампы или газовые лазеры. Но у них есть существенные минусы: они содержат токсичные вещества и громоздки. Для многих задач это ограничение.
Чем меньше источник света, тем проще встроить его в чип, сенсор или другое компактное устройство. Однако создать такой лазер и удержать в нем свет сложнее: дефекты материала, потери излучения или неточности формы сильнее сказываются на работе маленького устройства.
Продолжение ниже
Видео
Продолжение
Лазеры на сапфировых подложках
Международная команда исследователей из НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге, Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе, Института физики им. Б.И. Степанова НАН Беларуси, и Цилуского технологического университета (Китай), а также Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе разработала коротковолновые миниатюрные лазеры на сапфировых подложках.
«Сапфир уже широко используют на производствах, он дешевле и доступнее некоторых альтернатив. При этом с ним можно работать привычными для микроэлектроники методами: выращивать слои, формировать рисунок и вытравливать элементы устройства. Это открывает путь к созданию компактных фотонных чипов для спектроскопии, биосенсоров и систем связи в ультрафиолетовом диапазоне», — отмечает Эдуард Моисеев, один из авторов исследования, старший научный сотрудник Международной лаборатории квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ.
Исследователи вырастили на сапфире тонкие полупроводниковые слои, а затем с помощью методов микрообработки сформировали из них микродиски диаметром около 2 мкм. Именно в этих крошечных дисках свет удерживается за счет эффекта шепчущей галереи и усиливается в активной области, содержащей три квантовые ямы.
Полученные лазеры работают при комнатной температуре и излучают на длине волны около 255 нм. По оценке авторов, это одна из самых коротковолновых реализаций микродисковых лазеров с модами шепчущей галереи на сапфире. Для самого маленького устройства диаметром 2 мкм пороговая плотность мощности составила около 280 кВт/см², что соответствует лучшим мировым результатам для столь коротких длин волн.
«Сейчас эти устройства работают за счет оптической накачки от внешнего лазера, однако следующим шагом станет переход к электрической накачке. В практическом плане это гораздо удобнее, поскольку позволит использовать микролазеры в реальных портативных устройствах, избавив от необходимости применять громоздкие внешние источники света. Для этого предстоит снизить электрическое сопротивление слоев, обеспечить эффективную доставку электрических зарядов в область, где возникает лазерное излучение, и при этом сохранить высокое качество кристалла», - говорит Эдуард Моисеев.
Исследование показывает, что лазер глубокого ультрафиолета можно уменьшить до размера бактерии и при этом сохранить его работу при комнатной температуре.
В перспективе микролазеры могут применяться в спектроскопических системах, биохимических и газовых сенсорах, устройствах UV-C-связи и фотонных чипах, где нужен компактный источник глубокого ультрафиолета.
Работа опубликована в Optics & Laser Technology.
Загружаем