Группа ученых из Российского квантового центра, Исследовательского центра направленной энергии в Абу-Даби, а также Международной квантовой академии в Шэньчжэнь и Сучжоуского института нанотехнологий и нанобионики проанализировала современные подходы к стабилизации и затягиванию диодных лазеров, необходимые для разработки высокопроизводительных полупроводниковых лазеров с меньшей стоимостью и форм-фактором. Результаты обзора представлены в международном научном журнале Frontiers of Physics.
Современные полупроводниковые лазеры повсеместно используются в медицине, физике, промышленности и множестве других областей как отдельные элементы, а также в составе различных установок. Такие системы массово производятся и обладают высокой мощностью. Однако они имеют существенный недостаток: неизбежное колебание частоты приводит к тому, что лазерный луч не всегда стабилен, что существенно ограничивает их эффективность. На протяжении последних десятилетий мировое научно-технологическое сообщество разрабатывает подходы, которые могли бы нивелировать этот эффект, но зачастую они являются разрозненными и не способствуют достижению междисциплинарной синергии.
В рамках текущего исследования совместная команда проанализировала современные теоретические и экспериментальные подходы к стабилизации частоты лазера при помощи эффекта затягивания диодного лазера на моды высокодобротного микрорезонатора. Эффект затягивания представляет собой процесс, при котором шум лазерного излучения подавляется, а ширина линии излучения сужается — лазер становится более стабильным.
Так, классический полупроводниковый лазер получает ширину линии излучения и уровень шумов, сопоставимые со значительно более дорогостоящими волоконными лазерами. Подход открывает перспективы снижения себестоимости полупроводниковых лазерных систем в десятки раз. Наряду с этим, исследователи видят возможность на порядки сократить размеры конечных устройств.
«Описанные в нашей работе подходы открывают уникальные перспективы для разработки компактных нанофотонных и квантовых устройств, имеющих огромное количество применений как в индустрии, так и в фундаментальных исследованиях, а также позволят сделать такие устройства коммерчески более доступными», — подчеркнул Дмитрий Чермошенцев, старший научный сотрудник Российского квантового центра, младший научный сотрудник Сколтеха.