Большие возможности маленького лазера

Физики из МФТИ выяснили, как создать работающий лазер размером около одного микрометра. Описание исследования они опубликовали в журнале Optics Express. «Мегабайт» узнал, чем нанолазеры отличаются от обычных и как они могут перевернуть мир современной электроники.

Основное свойство любого лазера — когерентность излучения. Это значит, что волновые процессы света согласованы во времени и пространстве. С этим связан такой параметр лазера, как наличие порога генерации — то есть количество энергии накачки, поступающей от внешнего источника в рабочую среду лазера. Эта энергия необходима для начала лазерного излучения. Если ток накачки выше определенной величины — порога генерации, то свет становится когерентным, его спектр излучения сужается и выходная мощность резко возрастает.

Главное отличие нанолазеров от обычных — размер. Их величина сопоставима с длиной волны испускаемого ими же излучения. Почти все они ведут себя как обычные макроскопические, но у некоторых наноисточников невозможно найти порог генерации. Такие беспороговые нанолазеры настолько малы, что до сих пор инженеры не смогли определить режимы их работы. 

Тем не менее российские исследователи придумали, как определить степень когерентности лазера без технически сложных измерений. Этот параметр показывает долю согласованного света во всем излучении. Чем он выше, тем излучение качественнее.

Оказывается, что у «беспорогового» нанолазера тоже существует минимальное значение тока, при превышении значения которого свет становится когерентным. Эта величина никак не связана ни с выходными характеристиками лазера, ни с сужением спектра, как у макролазеров.

— Найти замену обычному лазеру в наномасштабе очень заманчиво, так как это дает возможность создать сверхкомпактные быстродействующие фотонные аналоги кремниевой электроники. Ими можно будет управлять лазерным излучением. Сейчас существует такой аналог лазера, как спайзер (особая наночастица, покрытая оболочкой, способная генерировать свет как у лазера — прим. ред.). Но он нестабилен, пока что работает только в лабораторных условиях и генерирует хаотичное излучение во все стороны.

Андрей Самохвалов, 
ассистент факультета лазерной фотоники и оптоэлектроники Университета ИТМО

Результаты работы помогут упростить процесс создания нанолазеров. Такие устройства могут применяться для увеличения производительности процессоров и уменьшения энергопотребления компьютеров. Это аналогично замене проводных линий передачи данных на оптоволокно, что поможет повысить скорость интернета и улучшить энергоэффективность.

Материал опубликован в газете «Мегабайт»