Как учёные МФТИ создали первый в России квантово-каскадный лазер

Представители Центра научной коммуникации МФТИ сообщили о создании первого в истории нашей страны квантово-каскадного лазера, получившего название «постоянный». Это прозвище связано с его способностью постоянно производить когерентное терагерцовое излучение в диапазоне длин волн от 3,1 до 3,9 ГГц. Данный лазер обещает стать основой для новых беспроводных систем связи и сенсоров для изучения космоса.

«Создание квантово-каскадных лазеров представляет собой крайне сложную технологическую задачу. В нашем мире лишь небольшое количество развитие стран способны ее решить. Практически все этапы создания таких лазеров требуют достижения рекордов и доступны лишь ведущим командам. Это касается как продвижения зонных дизайнов, так и тонкой настройки роста полупроводниковых гетероструктур.»

Квантово-каскадные лазеры — это не новшество инженерной мысли, таких устройств было создано множество. Тем не менее, большинство из них способны производить лишь короткие импульсы излучения из-за быстрого перегрева. Российские ученые оптимизировали конструкцию лазера, что позволило избежать перегрева благодаря снижению плотности тока почти в десять раз.

В МФТИ отметили, что данный успех стал возможен благодаря реализации идеи Александра Прохорова, одного из основоположников квантовой электроники. В 1965 году он выдвинул теорию, согласно которой для получения лазерного излучения можно использовать два фотона и два квантовых перехода. Однако практическое осуществление этой идеи было крайне сложным и осуществимо лишь сейчас.

«Я хочу выделить нашу команду из ФТИ имени Иоффе, которая смогла слой за слоем вырастить 160 переходов-усиливающих модулей, каждый из которых состоит из четырех квантовых ям, с толщинами слоев от 3 до 7 нанометров. Время выращивания таких сложных структур превышает 10 часов, и за это время нужно поддерживать толщину и состав полупроводниковых слоев с точностью до 1-2%»

Использование арсенида галлия и арсенида алюминия в конструкциях позволило ученым создать лазер, который способен постоянно генерировать терагерцовые волны мощностью в милливатты на широком диапазоне частот и температур.