Исследователи из ФИАНа и Кембриджского университета получили рекордно короткий импульс полупроводникового лазера в фиолетовом диапазоне длительностью 1,4 пикосекунды (1пс=10-12с).
Полупроводниковые лазеры, впервые созданные 50 лет назад, получили, пожалуй, самое широкое распространение среди всех видов квантовых генераторов света. Они используются в метрологии, для обработки материалов, оптической передачи и хранения данных, в спектроскопии и медицине. Однако до сих пор камнем преткновения остаются лазеры, работающие в фиолетовом диапазоне. Основа таких квантовых генераторов света — полупроводниковый кристалл нитрида галлия (GaN). Нитриды третьей группы, к которым относится и нитрид галлия, признаны одними из самых перспективных материалов для изготовления оптических приборов в видимой коротковолновой (фиолетовой) и УФ-областях. Однако технология их изготовления весьма сложна. Кроме того, нитрид галлия быстро деградирует на воздухе, то есть получаемые лазеры имеют короткий срок жизни. Между тем лазеры, работающие в фиолетовом диапазоне, обеспечивают бóльшую плотность хранения данных на оптических носителях, чем их предшественники, излучающие в более длинноволновой области. На их основе уже созданы такие приборы, как Blu-ray Disc (BD, от англ. blue ray — синий луч) — оптический носитель, используемый для записи с повышенной плотностью и хранения цифровых данных.
В совместной работе российские и британские физики изучали импульсные режимы лазеров в синем/фиолетовом диапазоне. Импульсные лазеры перспективны как для научных исследований, например для получения изображений биологической клетки, изучения движений молекул, создания наноматериалов, так и в управляемом термоядерном синтезе, медицине и даже для решения экологических проблем. С их помощью можно инициировать, например, фотоядерные реакции, в ходе которых долгоживущие радиоактивные изотопы преобразуются в короткоживущие.
В качестве образцов для исследования физики взяли используемые в blu-ray-приводах лазеры, которые они модифицировали ионными пучками и ввели в их резонаторы управляемое поглощение. «Это позволило очень сильно менять динамику лазера, переводить его из непрерывного режима в импульсный», — объясняет один из руководителей проекта, ведущий научный сотрудник ФИАНа Пётр Васильев.
Регистрацию лазерных импульсов пикосекундной длительности вели с помощью разработанных ранее в ФИАНе сверхбыстродействующих электронно-оптических камер, связанных с фотоэлектронной регистрацией.
«Мы смогли получить только пикосекундные импульсы, хотя и надеялись на фемтосекундные», — говорит Пётр Васильев. Однако и эти результаты позволили превзойти параметры, достигнутые японцами, более чем в два раза.
