Новый научный прорыв может привести к открытиям в области компьютерных и коммуникационных технологий, а также медицины

Как сообщалось в научной статье, вышедшей в журнале Nature, исследователи корпорации Intel нашли способ использовать так называемый эффект Рамана и кристаллическую структуру полупроводника для усиления светового излучения от внешнего источника при прохождении его через экспериментальную микросхему, в результате чего последняя становится способна излучать постоянный высококачественный лазерный луч.

Технические детали

Поскольку полупроводник прозрачен для инфракрасного излучения, то при попадании в волновод микросхемы светового излучения его можно удержать, усилить и передать дальше. Как и в первом лазере, созданном в 1960 году, в полупроводниковом лазере Рамана, появившемся благодаря исследователям Intel, для «накачки» использован внешний источник излучения.

После попадания внешнего излучения в микросхему лазера, естественная атомная вибрация полупроводника усиливает излучение при его прохождении через микросхему. Это усиление, называемое эффектом Рамана, в полупроводниках в 10 тыс. раз выше, чем в стекловолокне. Специальное покрытие, представляющее собой отражающий материал из тонкой пленки, которая по составу сходна с покрытием высококачественных солнечных очков, позволяет удерживать излучение и обеспечивает его усиление внутри микросхемы. При увеличении «накачки» была достигнута критическая точка, когда из микросхемы мгновенно вышел луч когерентного света, или луч лазера (как известно, лазер - это любое устройство, излучающее интенсивный когерентный луч света, то есть луч света, в котором все фотоны имеют одинаковую длину волны, фазу и направление).

Научный прорыв

Однако исследователи Intel обнаружили, что увеличение мощности «накачки» до определенного уровня перестает способствовать усилению излучения, а при значительном увеличении мощности усиление даже спадает.

Это явление вызвано физическим процессом, называемым «двухфотонным поглощением», возникающим, когда два фотона из светового луча одновременно попадают в атом и выбивают электрон (один фотон при «бомбардировке» атома не обладает достаточной энергией, чтобы выбить электрон). Со временем «лишние» электроны скапливаются в волноводе, начиная поглощать световое излучение и прекращая его усиление.

Достижение Intel заключалось в интеграции в полупроводниковую структуру волновода так называемого PIN-устройства («P-тип - ядро - N-тип»). При подаче напряжения на PIN-устройство оно действует как своего рода вакуум и удаляет большую часть электронов, препятствующих прохождению луча света по волноводу микросхемы. В сочетании с эффектом Рамана, PIN-устройство позволяет реализовывать лазерный луч постоянного свечения.