Сотрудники Института сильноточной электроники СО РАН в Томске значительно повысили КПД лазеров, работающих на NV-центрах алмазов. Исследование физических процессов лазерной генерации на дефектах кристаллической структуры алмазов открывает перспективы разработки квантовых датчиков, пригодных для высокоточных измерений в экстремальных космических условиях и навигационных системах будущего, говорится на сайте Десятилетия науки и технологий в России.
«NV-центрами называются дефекты структуры в синтетическом алмазе, состоящие из одного атома замещающего азота (N) и соседнего вакантного — незанятого атомом углерода узла решетки (V). Они имеют много интересных свойств, например, на их основе можно делать датчики магнитных полей и температуры, мы же на них получаем лазерную генерацию», — комментирует руководитель проекта, научный сотрудник лаборатории оптических излучений ИСЭ СО РАН кандидат физико-математических наук Дмитрий Генин.
По словам эксперта, алмазные лазеры обладают значительным потенциалом превосходства над традиционными твердотельными аналогами, такими как лазеры на иттрий-алюминиевом гранате, сапфире или форстерите. Алмаз характеризуется выдающейся теплопроводностью — около 2300 ватт на метр на кельвин, тогда как у конкурирующих материалов этот показатель редко превышает 40. Низкий коэффициент теплового расширения (примерно в пять-семь раз меньше, чем у аналогов) обеспечивает стабильную геометрическую форму активного элемента даже при значительных колебаниях температуры. Высокая устойчивость к воздействию радиации делает алмаз идеальным материалом для эксплуатации в экстремально агрессивных средах.
Несмотря на многочисленные преимущества, ученые долгое время не могли заставить NV-центры в алмазах испускать лазерное излучение. Важный прогресс был достигнут в 2021 году благодаря участию ученых из Института сильноточной электроники СО РАН. Им впервые удалось зафиксировать направленные и узкоспектральные световые импульсы красного цвета длительностью в наносекунды, возникающие при возбуждении зеленым лазерным лучом.
Впоследствии сотрудники института смогли повысить энергию лазерного импульса до 48 микроджоулей при КПД около 1%, что сопоставимо с показателями большинства современных лазеров. Сегодня команда достигла еще больших успехов: энергия каждого импульса достигает 200 микроджоулей при КПД до 6%. Эти показатели открывают реальные перспективы для внедрения алмазных лазеров в практические приложения. Алмазные лазеры обещают стать основой для множества инновационных приборов, включая высокочувствительные магнитометры, точные гироскопы и сверхточные термометры, необходимые для современной навигационной техники. Еще одна перспективная область их применения связана с передачей сигналов внутри электронных компонентов космических аппаратов.
Ранее российские ученые придумали способ ускорить разработку солнечных панелей.
