Компьютерра, 2008 № 19 (735) - [9]
Физикам из Института квантовой электроники в Цюрихе вместе с коллегами из Йельского университета удалось создать законченную теорию случайных лазеров. Теперь этим экзотическим устройствам, которые потенциально могут быть использованы во множестве коммерческих приложений, легче проторить дорогу в заводские цеха.
Если с теорией изобретенных в шестидесятые годы обычных лазеров давно все более-менее благополучно, то как работают так называемые случайные лазеры, появившиеся в середине девяностых, ученым до сих пор было не совсем понятно. В обычном лазере всегда есть оптический резонатор (в простейшем случае это пара зеркал), который определяет длину волны излучения. Между зеркалами в резонаторе находится активная среда в виде газа, кюветы с красителем, прозрачного стекла или кристалла с примесями. Атомы или молекулы активной среды специально возбуждаются светом накачки или, например, электронным ударом так, чтобы они могли излучать свет в районе частоты резонатора. В резонаторе свет, многократно отражаясь от зеркал, проходит сквозь среду, заставляя ее излучать еще и еще, причем согласованно с определяемой резонатором электромагнитной волной. Так за счет положительной обратной связи в резонаторе свет усиливается, и возникает когерентное лазерное излучение.
В случайном лазере резонатора нет вовсе, и он не генерирует тонкий луч, а светит в разные стороны. Но его активная среда обычно хорошо рассеивает излучение. В результате фотоны, блуждая по среде, прежде чем ее покинуть, много раз встречают возбужденные атомы и снова заставляют их излучать, усиливая излучение. Это отдаленно напоминает процесс размножения нейтронов в ядерном реакторе. Однако процесс многократного рассеяния в неоднородной среде описать гораздо сложнее, чем стоячую волну в резонаторе. Поэтому эксперименты часто преподносили непонятные сюрпризы. Например, добавление рассеивающих частиц в обычный случайный лазер на красителях вопреки ожиданиям снижало его эффективность.
Теперь ученым, наконец, удалось корректно описать физические процессы в случайных лазерах разных типов, правильно учтя рассеяние излучения. Кроме этого, теория вполне подходит для описания лазеров, у которых в качестве резонатора используется фотонный кристалл.
Приложения у таких лазеров могут быть самые неожиданные. Например, можно сделать миниатюрный температурный датчик, представляющий собой просто кусочек специальной чувствительной к температуре активной среды, закрепленный в нужном месте. Если ее накачать, например, посветив обычным лазером, то цвет излучения случайного лазера будет определяться температурой кусочка и легко может быть считан на расстоянии.
Другим приложением могут стать печати для документов, которые в принципе невозможно подделать. Для этого их краску делают из лазерного красителя и добавляют в нее отражающие частицы. После высыхания значение длины волны генерируемого печатью света будет определяться расположением всех отражающих частиц, а поскольку их число и расположение всякий раз разное, то и длина волны для каждой печати уникальна. ГА
Исследователи из Гарвардского университета при поддержке немецких коллег разработали простой и дешевый способ встраивания полупроводниковых нановолокон в кремниевые чипы. Он прекрасно вписывается в современное массовое производство и обещает решить старую проблему интеграции в чипы эффективных излучателей.
Ученые экспериментировали с нановолокнами из оксида цинка с электронным типом проводимости. Сначала их поместили на хорошо проводящую кремниевую подложку с дырочной проводимостью p-типа, затем на две трети залили изолирующим слоем стекла, а уже сверху посередине нанесли второй металлический электрод. Ток с него равномерно перетекает в нанонить почти по всей ее длине, а концы нити начинают работать как два светодиода, излучающих ультрафиолет с длиной волны 380 нм.
Взяв вместо оксида цинка другой полупроводник, можно получать светодиоды практически на любую нужную длину волны, от инфракрасного диапазона до ультрафиолета. Метод бутерброда не зависит от положения и ориентации нановолокон. Но как именно следует помещать нановолокна в нужных местах, изобретатели скромно умалчивают. Для этого есть несколько способов, но предложенный подход пока не слишком гладко сочетается с ними, так что ученым есть еще над чем поработать.
Однако игра стоит свеч. Таким образом можно изготавливать большие массивы нанолазеров для оптических соединений внутри и между чипами, излучатели фотонных компьютеров или даже чипы для химических анализов. ГА
Простые и изящные эксперименты, прямо подтвердившие доказанную 124 года тому назад первооткрывателем электрона Дж. Дж. Томсоном теорему об устойчивости кольца вихрей, провели ученые из Университета Конкордии в Монреале. Впрочем, очень похожие эксперименты практически одновременно выполнили физики из Датского технического университета в Копенгагене. Ну а если покопаться в литературе, то, вполне вероятно, отыщется статья, в которой нечто похожее уже делали с полвека тому назад.
