В НИУ ВШЭ узнали, как микролазеры с квантовыми точками работают при высоких температурах
Ученые Международной лаборатории квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге исследовали, как размер резонатора влияет на температуру работы микродискового лазера с квантовыми точками в режиме двухуровневой генерации. Выяснилось, что микролазеры способны генерировать излучение на нескольких частотах даже при высокой температуре. Это позволит в будущем использовать микролазеры в фотонных интегральных схемах и передавать в два раза больше информации.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nanomaterials. Информацию в интегральных микросхемах, например в процессорах домашних компьютеров, передают с помощью электрических сигналов, распространяющихся по металлическим дорожкам. Для передачи данных на большие расстояния, например для доставки информации из интернета в компьютер, используется оптоволокно. Информацию переносит световой сигнал, который распространяется в 100 раз быстрее электрического, и поэтому ученые ищут способ использовать свет для передачи данных внутри микросхем, увеличивая их производительность.
Световой сигнал создают лазеры, преобразующие электрическую энергию в свет строго определенной длины волны и направленности. В традиционных полупроводниковых лазерах при преобразовании энергии в излучение используется резонатор Фабри — Перо размером около одного миллиметра — два стоящих напротив друг друга зеркала. Такой тип резонатора слишком большой для современных процессорных интегральных схем. А при попытках уменьшить его до желаемого размера в сотни микрометров резонатор сильно теряет в рабочих характеристиках.
В 1992 году группа ученых Лаборатории Белла предложила новую парадигму — дисковый или кольцевой резонатор. Внутри диска или кольца луч света распространяется по кругу, практически полностью отражаясь от границ резонатора. Это явление известно как эффект шепчущей галереи. Лазеры такой формы работают, даже когда их размеры уменьшают до единиц микронов, что уже подходит современной электронике, например, для передачи данных между элементами микросхем.
В круглых галереях некоторых зданий шепот хорошо распространяется вдоль стен, но не слышен в остальной части помещения. Эффект шепчущей галереи в круглых помещениях связан с распространением вдоль стены акустической волны, испытывающей многократное полное внутреннее отражение. Впервые эффект был исследован лордом Рэлеем в шепчущей галерее собора Святого Павла в Лондоне.
Обычно лазер излучает строго на одной длине волны — генерирует монохроматическое излучение. В 1999–2000 годах две группы ученых предложили в активной области микролазера использовать слои с квантовыми точками, как это уже делалось в классических полупроводниковых лазерах. Квантовые точки при определенных условиях могут позволять микролазеру излучать на двух хорошо различимых длинах волн. Это явление известно как двухуровневая генерация.
«В режиме двухуровневой генерации лазер может одновременно генерировать излучение на двух длинах волн (например, красного и оранжевого цвета). При этом мы можем управлять тем, каким именно цветом светит лазер: только красным, только оранжевым или обоими цветами одновременно. Это открывает большие возможности для кодирования передаваемой информации и, соответственно, повышения пропускной способности таких систем», — комментирует один из авторов статьи, научный сотрудник Международной лаборатории квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ — Санкт-Петербург Иван Махов.
Но, как отмечают ученые, генерация на двух длинах волн в микродисковых лазерах с квантовыми точками возможна не всегда. Для каждого диаметра резонатора при достижении определенной высокой критической температуры одно из двух излучений исчезает. Ученые из НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге провели ряд экспериментов, для того чтобы выяснить, как именно размер резонатора влияет на критическую температуру. Был исследован температурный диапазон от 20 °C до 110 °C. Выяснилось, что чем выше температура, тем меньше энергии нужно лазеру для одновременной генерации двух различимых излучений. Также исследователи зафиксировали, что критическая температура падает с 107 до 37 °C при уменьшении диаметра микродиска с 28 до 20 мкм.
По итогам эксперимента удалось вывести уравнения, позволяющие на основе размера резонатора определить критическую температуру и плотность порогового тока для двухуровневой лазерной генерации. Ученые отмечают, что теперь, зная, в каких условиях будет работать электроника, можно будет выбрать для нее оптимальный по размеру резонатор лазера.
Исследователи также назвали и другое применение лазера с двухуровневой генерацией. Его можно использовать в нейроморфных нейронных сетях, где имитируется поведение нейронов в мозге, — тогда одна из длин волн соответствует импульсу возбуждения, а другая — импульсу торможения.
Исследование выполнено в рамках НИР «Исследование переключения частоты генерации в микродисковых лазерах с квантовыми точками для высокоскоростной передачи данных» стратегического проекта НИУ ВШЭ «Цифровая трансформация: технологии, эффекты, эффективность» по программе «Приоритет-2030».
Telegram 
Дзен 
VK Ребенок легче взрослого, быстрее осваивается в новой обстановке и обладает пластичной нервной системой — значит, невесомость он перенесет проще. Это рассуждение звучит убедительно ровно до тех пор, пока ребенка считают уменьшенной копией взрослого. На самом деле его скелет еще набирает прочность, мышцы учатся работать вместе с нервной системой, вестибулярный аппарат настраивает ощущение положения тела, а органы и ткани проходят этапы, которые нельзя повторить после завершения роста. Если в этот период убрать постоянную нагрузку земного притяжения, организм будет не только приспосабливаться к новой среде: он станет формироваться внутри нее. Каким получится результат, медицина сегодня не знает: длительных орбитальных исследований с участием несовершеннолетних не проводилось.
Ни один регион на Земле не обладает стопроцентной устойчивостью ко всем возможным глобальным катастрофическим рискам. Тем не менее существует место, имеющее максимальный запас прочности в такой ситуации, — и это Австралия.
Иногда лучшая помощь природе — просто оставить ее в покое и не мешать. Британские экологи доказали, что заброшенная фермерская пашня способна без миллионных затрат и покупных семян превратиться в роскошный цветущий луг. Для этого потребовалось лишь 11 лет времени и обычный ежегодный покос травы.
Биологи провели молекулярный анализ тканей человеческого мозга и выяснили, что при тяжелой депрессии останавливается процесс образования новых нейронов. Открытие показало, что природа заболевания кроется не только в химическом дисбалансе нейромедиаторов, но и в физическом нарушении клеточного обновления гиппокампа.
Ребенок легче взрослого, быстрее осваивается в новой обстановке и обладает пластичной нервной системой — значит, невесомость он перенесет проще. Это рассуждение звучит убедительно ровно до тех пор, пока ребенка считают уменьшенной копией взрослого. На самом деле его скелет еще набирает прочность, мышцы учатся работать вместе с нервной системой, вестибулярный аппарат настраивает ощущение положения тела, а органы и ткани проходят этапы, которые нельзя повторить после завершения роста. Если в этот период убрать постоянную нагрузку земного притяжения, организм будет не только приспосабливаться к новой среде: он станет формироваться внутри нее. Каким получится результат, медицина сегодня не знает: длительных орбитальных исследований с участием несовершеннолетних не проводилось.
Иногда лучшая помощь природе — просто оставить ее в покое и не мешать. Британские экологи доказали, что заброшенная фермерская пашня способна без миллионных затрат и покупных семян превратиться в роскошный цветущий луг. Для этого потребовалось лишь 11 лет времени и обычный ежегодный покос травы.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно