Mail.RuПочтаМой МирОдноклассникиИгрыЗнакомстваНовостиПоискВсе проекты
25 декабря 2008 16:51

Квантово-каскадный лазер перевернул все представления физиков

Команда исследователей из Принстонского университета сумела спроектировать совершенно новый тип лазера. Открытие позволит наладить серийное производство более эффективных лазеров. Практическое применение они получат, прежде всего, в сфере лазерной хирургии и диагностики.
«Это открытие фактически привело к революции в физике лазеров», - говорит Клер Гмахл, лидер исследовательского коллектива. Гмахл, специалист по электронике, раскрывает детали революционного устройства: оно называется квантовым каскадным лазером и порождает лазерный луч при пропускании электрического тока сквозь особый материал со сложной структурой. При испытаниях устройства случайно обнаружили, что помимо основного луча оно порождает и сопутствующий, вторичный луч, наделенный весьма необычными свойствами и требующий меньших затрат электроэнергии. «Если нам удастся избавиться от основного луча, то получится лазер совершенно нового типа, гораздо более экономичный в плане энергозатрат», - говорит Гмахл.

Необычное устройство, в ходе испытаний которого обнаружился этот эффект, было сконструировано Кейлом Францем, бывшим студентом, преподавателем у которого долгое время была г-жа Гмахл. В создании каскадного лазера ему помогал Стефан Менцель, выпускник Шеффилдского университета. Он же и обнаружил загадочный второй луч в ходе студенческих соревнований на ниве науки в Принстонском университете прошлым летом.

Луч света, испускаемый лазером, своей природой в корне отличается от света солнца, спички или электролампы. Если поставить на пути солнечного света призму, и луч распадется на семь цветов радуги - каждый из которых образован волнами длины, отличной от всех остальных цветов. Достаточно лишь «смешать» заново волны разной длины вместе, и вновь получится обычный «белый» свет. У лазера же луч состоит из волн одинаковой длины. Это означает не только то, что на цвета радуги такой луч разложить уже не получится, - ведь он по природе своей однороден, - но и то, что он обладает совершенно уникальными свойствами.

Один из способов получить лазерный луч - пропустить электроток через специфический вид полупроводника. В результате электроны внутри полупроводника «перескакивают» на более высокий уровень энергии, а потом, при определенных условиях, «спрыгивают» обратно. «Излишек» энергии «убегает» в окружающее пространство в виде когерентного потока фотонов, то есть световых волн одинаковой длины. По такому принципу работают все виды устройств для чтения лазерных дисков, лазерные указки и еще масса видов бытовой техники.


Каскадный же лазер, изобретенный в Принстоне, совсем крошечный. Он был сконструирован при помощи нанотехнологий и вдесятеро тоньше человеческого волоса. Длина устройства - три миллиметра. При этом материал, из которого выполнено устройство, состоит из десятков слоев различных полупроводящих материалов. Каждый слой - толщиной всего в несколько атомов. По мере того, как «раскрученные» электроны теряют энергию, они «прыгают» с одной ступеньки-слоя на другую, при каждом сдвиге порождая световые волны единой длины.

Еще в 2007 году Гмахл, Франц и их коллеги опубликовали в одном из научных журналов первое сообщение об обнаружении загадочного сопутствующего луча с волнами несколько более короткой длины по сравнению с основным лучом. Спустя почти год ученые признаются, что им не удалось найти удовлетворительное объяснение этому явлению в рамках существующих теорий функционирования каскадно-лазерных устройств. По мере увеличения температуры полупроводника, сопутствующий луч становился все сильнее и сильнее, правда, до определенного предела. Обычные лазеры так себя не ведут. «Открыт совершенно новый механизм излучения световых волн полупроводником», - говорит Франц.


В отличие от обычных лазеров, излучение квантово-каскадных аналогов находится в рамках инфракрасного спектра, что позволяет использовать изобретение в медицине. Такой луч легко «нащупывает» в среде, через которую пропускается, даже микроскопические количества паров, взвесей и газов любых веществ, которые способны поглощать инфракрасное излучение.
Флагман Alcatel IDOL 4S
И очки виртуальной реальности
Мощнейший флагман
С уникальным безрамочным экраном
Пока ни одного комментария, будьте первым!
Чтобы оставить комментарий, вам нужно авторизоваться.
Обнаружили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.
Hi-Tech Mail.Ru
Подпишитесь на нас
Новости Hi-Tech Mail.Ru