Книги сайта: «Мировоззрение», «Познай себя», «Основы адаптологии»,
«Вне привычного», Лекторий МВАП и «Что такое Я».
 
Короткий адрес страницы: fornit.ru/1830
Содержание журнала Достижения науки, техники и культуры
Ссылка на первоисточник статьи: http://compulenta.computerra.ru/veshestvo/fizika/10006817/.

Созданы прототипы лазеров нового типа

Две международные научные группы: первая — под руководством Свена Хёфлинга (Sven Höfling) из Вюрцбургского университета (Германия), вторая — ведомая Паллабом Бхаттахраей (Pallab Bhattacharya) из Мичиганского университета (США) — создали принципиально новый тип лазера, обещающий невиданную эффективность. В состав первой группы, кроме учёных из Японии, Исландии и двоих исследователей из Сингапура (Ивана Шелеха и Ивана Савенко), входит Владимир Дмитриевич Кулаковский, представляющий Институт физики твёрдого тела РАН.

Чтобы контролировать поляритоны в рабочей среде лазера, использовались вот такие колонны шириной в два микрометра каждая. (Здесь и ниже иллюстрации Nature.)


Обычный лазер стимулирует эмиссию излучения методом перевода находящихся в рабочей камере электронов в возбуждённое состояние, а когда они достигают довольно высокой энергии, им позволяют расстаться с её частью, испуская фотоны. Они-то и образуют когерентный пучок света, который мы называем лазерным излучением.

Новый лазер работает не с электронами, а с поляритонами. Это составные квазичастицы, возникающие при взаимодействии фотонов и элементарных возбуждений среды — а значит, и энергия их состоит частью из электромагнитной, а частью из энергии собственных возбуждений среды. Поляритоны бывают разными, в зависимости от того, какие именно колебания среды являются «напарниками» фотонов. В данном случае в качестве таковых использовались экситоны — квазичастицы из электрона и дырки. То есть в новом лазере применяются экситонные поляритоны.

Когда энергия накачивается в рабочую среду (кристаллическую) лазера, экситонные поляритоны абсорбируют её и затем быстро, почти одномоментно испускают как фотоны. Разница в том, что в обычном лазере большинство электронов должно находиться в высокоэнергетическом состоянии — иначе излучение просто не начнётся. Напротив, экситон-поляритонный лазер может работать и без этого условия.

Концепция устройства относительно проста; впервые она была описана в 1996 году. Нечто подобное удавалось даже сделать — правда, источником накачки был обычный лазер, что резко ограничивало главное преимущество поляритонной системы: ведь ей не нужно тратить для начала излучения столько же энергии, сколько стандартным аналогам, но в условиях накачки «нормальным» лазером экономить на энергии всё равно не получалось.

А теперь независимо созданы прототипы, которые для накачки потребляют только электричество и не нуждаются в обычных лазерных системах. Таким образом, перед нами первые пригодные к практическому применению образцы таких устройств.

Коротко о том, во что всё это может вылиться. Порог начала излучения у первых прототипов равен всего 12 А на квадратный сантиметр. Поскольку это пионерские устройства, исследователи надеются резко улучшить этот результат. Напомним, что даже у лучших сегодняшних лазеров (на квантовых точках), доводка которых потребовала многих лет напряжённого труда, порог начала излучения ровно такой же, как у самых первых экспериментальных образцов поляритонных лазеров с электрической накачкой.

Другое преимущество поляритонников — куда более быстрое включение и отключение, один цикл которых в сумме длится буквально пикосекунды (квинтиллионная доля секунды). Как вы уже догадались, это означает, что сигналы, подаваемые такими устройствами по оптоволоконной линии, можно отправлять намного чаще, чем с использованием стандартных нынешних лазеров, и фактически чаще, чем сегодняшняя электроника сможет их эффективно обрабатывать. Но как вариант можно отправлять сигналы с такой же скоростью, однако с гораздо меньшими энергозатратами.


Кроме того, поляритонники способны работать на весьма перспективных террагерцевых частотах, где нынешние лазеры страдают отсутствием компактности. Такого рода устройства могут в значительной степени дополнить сегодняшнюю рентгенографию, будучи при этом намного более безопасными радиологически.

Увы, прямо сейчас для применения образцам многого не хватает: пока обе разработки базируются на арсениде галлия и требуют охлаждения до -243 ºС. В качестве следующего шага исследователи нацелились на создание поляритонных лазеров с электрической накачкой, работающих при комнатных температурах, к чему, в принципе, нет никаких теоретических препятствий. Да и аналоги с оптической накачкой уже трудятся в таких условиях .

Интересно, что оба коллектива, опубликовавшись в течение одной недели, до того не были в курсе работ друг друга. Тем не менее, как полагают сами учёные, однонаправленность мыслей — равно как и созданных прототипов — подтверждает здравость идеи.

Отчёты об исследованиях опубликованы в журналах Nature и Physical Review Letters.

Подготовлено по материалам IEEE Spectrum.


Обсуждение Еще не было обсуждений.




Оценить статью >> пока еще нет оценок, ваша может стать первой :)

   
Архив новостей
Анонсы новостей    http://www.scorcher.ru/xml/news.rss - что это?
Конструктор нейросхем
Для тех, кто желает развить навыки схемотехнического мышления в игровом режиме и лучше понять работу природных нейросетей: Конструктор нейросхем.
04-07-2020г.

Деменция
Деменция как норма индивидуальной адаптивности: Деменция.
19-06-2020г.

Книга «Что такое Я - схемотехнический подход»
Содержание книги основывается на постулате, что природная нейросеть мозга является схемотехнической структурой - в точности, как это можно сказать про схемотехнику электронного прибора - при всей огромной разнице в способах реализации. Книга «Что такое Я - схемотехнический подход».
11-06-2020г.

Редактор Карты Знаний
Авторы создают Карты Знаний, а пользователи их проходят, постепенно вникая в то, что является хорошо понятым автором.: Редактор Карты Знаний.
14-02-2020г.

Что такое «Я»
Популярное обобщение современных фактических данных исследований психофизиологии: Что такое «Я».
23-01-2020г.

Моделирование нейронных сетей мозга
Послойное моделирование нейронных сетей с индивидуальными периодами развития: Моделирование нейронных сетей мозга.
22-12-2019г.

Политика в США и западного мира на всех уровнях основана на лжи
Несколько статей, позволяющих сделать обоснованное утверждение: Политика в США и западного мира на всех уровнях основана на лжи.
01-11-2019г.

Слава и первая смерть
Футуристическая фантастика: Слава и первая смерть.
27-07-2019г.

Почему артисты становятся президентами
Про то, как опытные журналюги, блоггеры и артисты используют свои навыки для вранья в пользу своих представлений и активно продвигают это вранье методами изощренной, давно отрепетированной риторики.
: Почему артисты становятся президентами.
26-06-2019г.

Особенности понимания схемотехнических систем
В чем заключаются основные причины современного недопонимания функций адаптивных уровней эволюционного развития мозга: Особенности понимания схемотехнических систем.
22-03-2019г.

Яндекс.Метрика
 посетителейзаходов
сегодня:33
вчера:11
Всего:21572281