| | 9 июня 2014 | Новости науки и техники
Ученые создали новый поляритонный лазер, потребляющий в 250 раз меньше энергии, чем обычный
Используя свойства загадочных частиц, называемых поляритонами, которые существуют на стыке мира света и материального мира, исследователи из Мичиганского университета создали новый, практичный и эффективный способ получения постоянного луча когерентного света. Созданное учеными устройство можно считать одним из первых поляритонных лазеров, которые работают исключительно за счет электрической энергии, а не света от внешнего источника, за счет которого работает большинство традиционных лазеров. Еще одной отличительной особенностью нового поляритонного лазера является то, что он способен работать при комнатной температуре, не требуя охлаждения до сверхнизких температур, как другие подобные устройства.
Разработка нового поляритонного лазера, обладающего уникальными характеристиками, может стать столь же важной вехой, как изобретение в 1960-х годах первого полупроводникового лазера. Возможности нового устройства без особых проблем позволят интегрировать лазерные оптические технологии прямо в структуру кристаллов компьютерных чипов, где они смогут заменить металлические проводники, служащие для передачи больших объемов информации. Это позволит в будущем разработать малогабаритные и более мощные электронные цифровые устройства, кроме этого, такая технология может найти массу применений в самых различных областях, в том числе и в медицине.
Поляритон является своеобразной частицей, частично относящейся к свету и частично к материи. Он состоит из комбинации фотона с экситоном, квазичастицы, состоящей из связанных друг с другом свободного электрона и электронной «дырки» в кристаллической решетке полупроводникового материала. Поляритоны формируются при соблюдении весьма специфического набора параметров среды их формирования, существуют некоторое время и распадаются, излучая заключенный в них фотон света.
Такой подход требует весьма скромных энергетических затрат, опытный образец поляритонного лазера потребляет в 250 раз меньше энергии, чем традиционный полупроводниковый лазер, изготовленный из того же самого материала. С технической точки зрения поляритонный лазер является не совсем лазером в традиционном понимании. Название лазер представляет собой аббревиатуру термина Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Поляритонные лазеры не усиливают свет от другого источника, они генерируют свет сами, производя и рассеивая поляриотны.
Структура поляритнного лазера изготовлена из нитрида галлия, твердого и прозрачного полупроводникового материала, который идеально подходит для создания в его объеме условий, в которых происходит массовое формирование поляритонов и их дальнейшее рассеивание, сопровождающееся излучением когерентного света. Луч света, генерируемого поляритонным лазером, находится в ультрафиолетовой части электромагнитного спектра, а его мощность составляет одну миллионную часть Ватта.
«В принципе, для реализации технологий оптических коммуникаций в пределах чипа и некоторых других технологий имеющейся мощности вполне достаточно» — рассказывает Томас Фрост (Thomas Frost), исследователь из Мичиганского университета, — «Таким образом, мы получили первый поляритонный лазер, который прямо сейчас можно использовать во множестве различных областей, встраивая его в структуру кристаллов специализированных чипов».
