Создан самый простой и эффективный на сегодняшний день квантовый каскадный лазер - «Наука и технологии»

Группа исследователей из университета Центральной Флориды создала самый эффективный на сегодняшний день квантовый каскадный лазер. Помимо высокой эффективности, этот лазер имеет меньшие размеры (3.15мм на 9мкм) и более простую структуру, нежели чем все подобные созданные ранее, благодаря чему производство таких устройств обходится в приемлемую сумму.

Квантовые каскадные лазеры (Quantum cascade lasers, QCL) представляют собой крошечные, меньше рисового зернышка, устройства, которые, тем не менее, обладают достаточно высокой мощностью. По сравнению с обычными лазерами QCL-лазеры имеют большую входную мощность и они могут быть настроены на излучение любой частоты в достаточно широком диапазоне спектра инфракрасного света. Кроме этого, QCL-лазеры работают при комнатной температуре и не требуют дополнительных систем низкотемпературного охлаждения. Однако, такие лазеры имеют один недостаток, процесс их производства весьма сложен и дорогостоящий, из-за чего их использование могут позволить себе только военные или мощные научно-исследовательские учреждения.

Традиционно, высокая эффективность QCL-лазеров обеспечивается тем, что структура лазера создается на основании, состоящем более чем из тысячи слоев, толщина каждого из которых ненамного превышает размер одного атома. Кроме этого, материал каждого из слоев представляет собой комбинацию из пяти или меньшего количества различных материалов, в частности, алюминия (Al), арсенида (As), галлия (GA), индия (In) и др.

QCL-лазер, разработанный исследователями из Флориды, находится на основании, изготовленного из материалов всего двух типов, сплавов Al(0.78)In(0.22)As и In(0.69)Ga(0.31)As. Это значительно упрощает, удешевляет и ускоряет процесс производства таких устройств, прочие характеристики которых в некоторых случаях превышают, а в некоторых случаях сопоставимы с характеристиками других QCL-лазеров. Эффективность нового QCL-лазера при излучении света с длиной волны от 5.5 до 5.65 мкм равна 4.9 Вт/А, что составляет 55 процентов от теоретического максимального предела, равного 8.7 Вт/А.

Практическое использование новых QCL-лазеров позволит реализовать массу новых спектрографических технологий, способных обнаружить посторонние примеси в воздухе, провести анализ состава различных материалов и т.п. А их малые размеры и высокая эффективность позволят использовать их в смартфонах и других портативных электронных устройствах, включая и устройства медицинского назначения.