С помощью использования одиночных дефектов в полупроводниках удалось добиться испускания отдельных фотонов при комнатной температуре. Для детального описания механизма излучения ученые из МФТИ и Университета Зигена рассмотрели динамику заполнения энергетических электронных уровней на этих дефектах. Исследование опубликовано в Physical Review Applied.

Наличие источника отдельных фотонов, который будет работать от электрической сети, является необходимым условием, например, для работы квантового компьютера. На испускании одиночных фотонов основаны механизмы передачи информации и квантовой криптографии. Однако все существующие сейчас генераторы с большим трудом могут быть применимы в реальных устройствах. Им не хватает устойчивости сигнала, они имеют слишком широкий спектр испускания и, главное, не могут работать при комнатной температуре. Само по себе испускание отдельных фотонов наблюдалось и при комнатной температуре, например при фотолюминесценции широко-зонных полупроводников с точечными дефектами, но управляемого механизма для такого процесса до настоящего момента предложено не было.

В своей работе группа исследователей из России и Германии рассмотрела новую модель испускания одиночных фотонов и предложила в качестве источника одиночных фотонов использовать кристалл алмаза, с азотной вакансией в качестве точечного дефекта. Такая примесь приводит к образованию дополнительного энергетического уровня внутри запрещенной зоны алмаза и является для него центром окраски. По словам авторов, процесс испускания фотонов на такой примеси состоит из трех основных стадий. 

Сначала на примесный энергетический уровень из зоны проводимости захватывается электрон. После этого для компенсации заряда на центре окраски из валентной зоны выдергивается дырка, но не на занятый электроном энергетический уровень, а на еще один специально образованный возбужденный уровень. На последнем этапе между двумя уровнями (основным уровнем с электроном, и возбужденным — с дыркой) происходит переход с испусканием фотона. Для того чтобы такой источник фотона работал, для каждого следующего испускания его необходимо «перезаряжать», то есть снова закачать электрон на основной примесный уровень центра окраски. И именно это позволяет излучать не непрерывный пучок света, а испускать отдельные фотоны.

https://nplus1.ru/

В качестве многообещающей интеграционной платформы, кремниевая фотоника нуждается в лазерных источниках на кристалле, которые значительно улучшают её возможности, а также уменьшают размеры и рассеивание энергии экономичным способом, пригодным для использования в массовом производстве.

Лазеры рекордно малого размера с электронной накачкой стали итогом сотрудничества двух команд исследователей: из Научно-технического университета Гонконга и из Калифорнийского университета в Санта-Барбара.

Ученым удалось получить самый маленький лазер в виде квантовой точки радиусом 5 мкм методом эпитаксиального выращивания на подложке из стандартного промышленного кремния (001). Устройство имеет пороговый ток 0,6 мА, высокую температурную стабильность и излучает в близком ИК-диапазоне (длина волны 1,3 мкм). Габариты и пороговый ток у этого лазера на порядки меньше, чем у аналогов, выращивавшихся на кремниевой основе прежде.

Об их достижении сообщалось в престижном научном журнале Optica.

Авторы характеризуют получение высокопроизводительного микролазера выращиванием на кремнии, как значительный шаг на пути к использованию прямой эпитаксии III-V/Si в качестве альтернативы методам склеивания подложек (wafer-bonding).

http://www.nanonewsnet.ru/

Ученые исследовали тепловые и световые искажения в кристалле при его взаимодействии с высокочастотным терагерцовым излучением. В результате было установлено, как в кристалле изменяется температура. Работа опубликована в журнале Laser Physics Letters. Исследование было поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ).

Терагерцовым излучением называют электромагнитные волны с частотами между инфракрасным и сверхвысокочастотным диапазонами, оно также называется субмиллиметровым. Это излучение легко проходит через большинство материалов, обладающих плохой электропроводностью. Источником терагерцового излучения малой мощности являются лазеры.

Нелинейная оптика изучает взаимодействия света и вещества. Эти взаимодействия различаются в зависимости от интенсивности света. В большинстве веществ оптическая нелинейность наблюдается только при высокой интенсивности света, достигаемой при помощи лазеров.

В ходе работы использовался чувствительный к повышенной температуре кристалл фосфида галлия (GaP). На его примере были разработаны универсальные методы численных расчетов распределения температуры и термооптических параметров, позволяющие оптимизировать процессы генерации терагерцового излучения.

«При нелинейно-оптической генерации излучения терагерцового диапазона возникают тепловые эффекты. Получено общее точное решение квазистационарного распределения температуры нелинейной среды при периодической лазерной накачке», — рассказала автор исследования, профессор физического факультета МГУ Галия Китаева. По ее словам, результаты работы важны для проектирования схем генерации классических и квантовых полей терагерцового диапазона.

https://indicator.ru/news/

В Гамбурге состоялась церемония открытия Европейского рентгеновского лазера на свободных электронах (XFEL) — мощнейшего в мире источника рентгеновского излучения. Его строительство началось в 2009 году, а в начале мая 2017 года на нем сгенерировали первый пучок рентгеновского излучения. Светимость XFEL в среднем в 10 тысяч раз выше, чем у синхротронов — других мощных источников рентгеновских лучей. Основное предназначение установки — исследование атомарной структуры материалов, а также быстрых реакций.

Благодаря малой длине волны рентгеновского излучения оно активно используется для исследования атомарной структуры вещества. Если облучить кристаллическое тело таким излучением, оно будет рассеиваться на его атомах, и формировать дифракционную картину, позволяющую узнать расположение атомов в кристалле. Также с помощью рентгена можно проследить и за динамическими процессами, например за изменениями молекул в ходе химических реакций или распространением ударной волны.

Часто для этого используются лабораторные установки, но для некоторых исследований нужны более мощные источники излучения. Одни из таких источников — синхротроны. В них пучок электронов разгоняется в круговом ускорителе с диаметром в несколько сотен метров мощными магнитами до околосветовых скоростей, из-за чего происходит синхротронное излучение.

XFEL тоже является ускорителем частиц, но линейным, а не круговым, в отличие от синхротронов. В нем траектория пучков тоже искривляется, но другим образом. Сначала электроны разгоняются сверхпроводящим линейным ускорителем, а затем попадают в ондуляторы. Они состоят из множества магнитов, причем каждый следующий магнит имеет противоположную предыдущему полярность. За счет этого пучок двигается через ондулятор не по прямой, а по синусоиде, и начинает испускать синхротронное излучение. Из-за взаимодействия между этим излучением и пучком электронов, рентгеновское излучение получается не хаотичным, а когерентным.

Установка общей длиной 3,4 километра позволит получать импульсы продолжительностью 100 фемтосекунд с длиной волны излучения от сотых долей до единиц нанометров. Благодаря таким характеристикам на ней можно будет изучать быстрые процессы на атомарном уровне, такие как химические реакции.

Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах — крайне дорогой международный научный проект. Общая стоимость постройки и ввода в эксплуатацию оценивается в 1,22 миллиарда евро в ценах 2005 года. В проекте участвуют 11 стран. Основную часть расходов взяли на себя Германия и Россия, предоставившие проекту 58 и 27 процентов от общего объема расходов соответственно.

В прошлом году короткие рентгеновские импульсы позволили пронаблюдать за изменениями, происходящими в возбужденной молекуле йода с очень большим высоким временным и пространственным разрешением — порядка 30 фемтосекунд и 0,3 ангстрема.

https://nplus1.ru/news/

Китайская компания Hisense в рамках выставки IFA 2017 представила взору публики лазерный проекционный телевизор с диагональю экрана 100 дюймов и разрешением 4K Ultra HD.

Laser TV, так незамысловато устройство названо производителем, обеспечивает яркость изображения на уровне 300 нит, чего, по словам представителей Hisense, вполне достаточно для просмотра качественной картинки даже при дневном освещении. В качестве экрана используется специальное светоотражающее покрытие. Его использование не обязательно, однако в таком случае характеристики изображения окажутся менее привлекательными.

Устройство снабжено приемником ТВ-сигнала и работает на базе ОС собственной разработки компании, которую производитель использует и в своих обычных телевизорах. Цену подобного девайса производитель, предположительно, установил на отметке $10000–13000. За эту стоимость в комплекте с лазерным проектором и экраном также поставляется 5.1-канальная акустическая система.

К слову, Hisense называет себя третьим в мире по объемам продаж производителем телевизоров и с середины этого года продукция данного бренда доступа и на местном рынке. Одним из основным преимуществ продукции Hisense называется ее стоимость, обычно являющаяся менее высокой, нежели устройств более именитых брендов, в совокупности с аналогичным качеством и характеристиками.

Возможность обеспечивать более интересную стоимость конечных продуктов обеспечивается оптимизациями производственного процесса и затратами на R&D. На данный момент компания располагает 17-ю производственными объектами и 14-ю центрами разработки и исследований, размещенных в разных частях планеты. В целом же, на сегодня общее количество сотрудников компании насчитывает почти 70 тысяч человек.

http://www.pervayshagkmilionu.ru/

Системе SAVI (Synthetic Apertures for long-range, subdiffraction-limited Visible Imaging), созданной совместно командами двух университетов — Северо-Западного (штат Иллинойс) и Райса (штат Техас) — для получения детализированного изображения удалённого объекта не требуется длиннофокусный объектив с большой апертурой.
Демонстрационный прототип регистрирует интерференционную картину спеклов, образующуюся при освещении неровной поверхности объекта когерентным излучением лазера. В испытаниях с помощью движущейся камеры делалось несколько снимков спекл-структуры под немного различающимися углами.
Спеклы в данном методе используются как опорные лучи, заменяя одни из двух лучей, применяемых при создании голограмм. Текстура бумаги или даже отпечатки пальцев на стекле имеют уровень неровностей, достаточный для образования нужной спекл-структуры.
Разрешение традиционной камеры прямо пропорционально физическому размеру апертуры, с ростом которой увеличиваются сложность, размеры, вес и цена объективов, необходимых для коррекции оптических искажений.
В новой системе с «синтетической апертурой» коррекция возложена на компьютер. Как результат, массив недорогих оптических сенсоров с пластиковыми линзами заменяет телеобъектив стоимостью более 100 тыс. долл.
«Мы сможет обеспечить в точности такое же качество, но при цене на порядки величины меньшей», — утверждает Джейсон Холлоуэй (Jason Holloway) из университета Райса
В её сегодняшнем виде технология, представленная в журнале Science Advances, работает только с когерентными источниками и неприменима для улучшения качества фотографий, полученных при солнечном освещении. Тем не менее, авторы не теряют надежды, что когда-нибудь, возможно через десяток лет, это станет осуществимо.

http://www.nanonewsnet.ru/

Сотрудники научно-исследовательского института ядерной физики имени Д.В. Скобельцына МГУ имени М.В.Ломоносова разработали источник моноэнергетических гамма-квантов — фотонов с высокой энергией. О своей работе ученые рассказали в статье, которая была опубликована в журнале Physics of Particles and Nuclei. 
«Суть работы заключается в создании совершенно нового и обладающего уникальными характеристиками источника моноэнергетических гамма-квантов достаточно высоких энергий, обеспечении его новыми оригинальными детектирующими установками и разработке предложений по программе фотоядерных исследований, ориентированных на использование этих характеристик», — рассказал Владимир Варламов, автор статьи, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник отдела электромагнитных процессов и взаимодействия атомных ядер научно-исследовательского института ядерной физики имени Д.В. Скобельцына МГУ. 
Новый источник представляет собой устройство, использующее эффект обратного комптоновского рассеяния ускоренных до релятивистских энергий (0.3–0.7 ГэВ) электронов на пучке мощного 10 PW лазера. Образующиеся при взаимодействии электронов с пучком лазера гамма-кванты будут иметь беспрецедентно высокую интенсивность и очень хорошее энергетическое разрешение. 
«Создание такого источника моноэнергетических гамма-квантов позволит на качественно новом уровне проводить исследования, которые до настоящего времени проводились на пучках тормозного гамма-излучения или квазимоноэнергетических фотонах, и решить целый ряд проблем систематических расхождений результатов разных экспериментов. Это весьма актуальная задача, поскольку расхождения достаточно велики, а фотоядерные данные широко востребованы и в фундаментальных исследованиях, и в разнообразных практических приложениях. Разработанной научной программой первоочередные исследования предполагаются по таким направлениям как ядерная спектроскопия, ядерная резонансная флуоресценция, многонуклонные фотоядерные реакции», — заключил ученый. 
Работа проходила в сотрудничестве с учеными из Национального института физики и ядерной технологии имени Х. Хулубея (Румыния), Токийского университета и Миланского университета. 

http://www.msu.ru/

Российские физики совместно с европейскими коллегами научились, меняя параметры лазерного излучения, записывать информацию в квазичастицах экситонах - посредниках при переносе энергии между фотоном и электроном, сообщила пресс-служба ИТМО. Новый подход поможет в создании компактных оптоэлектронных устройств для хранения и быстрой обработки оптического сигнала.
"В новой работе ученые из Университета ИТМО, Лейпцигского университета в Германии и Технического университета Эйндховена в Нидерландах смогли, регулируя параметры лазерного излучения, не только сгенерировать экситоны при комнатной температуре, но еще и научились записывать с их помощью информацию. Это стало возможным благодаря использованию особого класса материалов, называемых металл-органическими каркасами", - говорится в пресс-релизе.
Что такое экситоны?
Экситоны - это квазичастицы, представляющие собой связанную пару электрона и дырки. Они могут появляться в материале под действием облучением фотонами и потому служат посредниками при переносе энергии между фотоном и электроном. Такое посредничество, по мнению ученых, со временем поможет создать принципиально новый класс энергоэффективной и компактной техники. Однако пока образцы устройств на экситонах либо работают только при низких температурах, либо сложны в изготовлении, что затрудняет их массовое внедрение.
Новый материал для записи оптической информации
Ученые использовали в своей работе металл-органический каркас (МОК) - слоистую структуру, совмещающую в себе как органические, так и неорганические компоненты, и синтезированную в университете ИТМО. Разные слои этой структуры притягиваются друг к другу за счет межмолекулярных сил, а во избежание произвольного сближения этих пластинок межслоевое пространство заполнено органической жидкостью.
Исследователи научились с помощью лазера возбуждать в МОК два вида экситонов: внутрислойные и межслойные. Первые образуются, когда поглощенный материалом фотон становится электрон-дырочной парой в пределах одного слоя, а вторые - когда электрон и дырка принадлежат соседним слоям. Спустя время и те, и другие квазичастицы распадаются, вновь излучая энергию в виде фотона.
Время жизни внутрислойных экситонов относительно мало, но их высокая плотность и подвижность позволяют использовать эти квазичастицы для генерации света, например, в светодиодах и тех же лазерах. Межслоевые экситоны более живучи, но малоподвижны, поэтому ученые предлагают применять их для записи информации на МОК.
"С помощью лазера мы локально подогревали кристалл, - сказал первый автор статьи, доцент кафедры нанофотоники и метаматериалов ИТМО, Валентин Миличко. - В месте облучения слои слипались, и свечение экситонов исчезало, тогда как весь остальной кристалл продолжал люминесцировать. Это могло означать, что мы записали 1 бит информации, причем запись, а именно темное пятно, хранилась много дней".
"Чтобы стереть данные, достаточно опустить МОК в ту же органическую жидкость, которая поддерживает слои. Сам кристалл при этом не пострадает, а записанная информация (темное пятно) исчезнет", - добавил он.

http://tass.ru/

Итогом сотрудничества учёных Университета Торонто, Лос-Аламосской Национальной лаборатории, Университета Вандербильта и многих других стал новый метод создания эффективных и ярких лазеров непрерывного действия.
В отличие от большинства современных коммерческих лазеров, имеющих фиксированную частоту излучения, новые устройства обеспечивают возможность регулировать её в широких пределах путём изменения размеров используемых ими наночастиц — квантовых точек.
Эти мельчайшие частицы находятся на стыке классической и квантовой физики и хорошо известны как яркие источники света. Способность поглощать большое количество энергии и переизлучать её на определенной частоте делает их перспективной основной для лазеров.
Впервые лазерное излучение коллоидных квантовых точек было продемонстрировано в Лос-Аламосской Национальной лаборатории 15 лет назад, но высокие тепловые потери ограничивали период непрерывной работы такого лазера несколькими наносекундами. Решить эту проблему удалось только сейчас, изменив форму синтезируемой в растворе наночастицы на сплюснутый сфероид с шарообразным ядром.
Несоответствие геометрий ядра и оболочки создаёт напряжение, которое воздействует на электронные состояния квантовой точки, уменьшая количество энергии, необходимое для запуска лазера. Как отмечается в публикации Nature, это снимает проблему перегрева и позволяет квантовым точкам излучать в лазерном режиме непрерывно.
В продемонстрированном командой концептуальном прототипе нового лазера квантовые точки возбуждались светом, но для коммерческого варианта авторы рассчитывают обеспечить электронную накачку. Кроме того, они планируют поднять выходную мощность до уровня милливатт или даже ватт, что важно для таких приложений, как лазерные проекторы.

http://www.nanonewsnet.ru/

Ученые из Сибири разработали сверхстабильный лазер для атомных часов, который позволит российским физикам создать устройства для измерения времени, не уступающие в точности западным аналогам, говорится в статье, опубликованной в Journal of Physics: Conf. Series.
"Мы стремимся к достижению относительной погрешности уровня 10 в минус 17 степени — 10 минус 18 степени, что соответствует лучшим мировым достижениям в этой области. Создание глобальной сети таких лазеров и часов на их основе позволит составить точную карту гравитационного поля Земли и даже "увидеть" прохождение волн загадочной темной материи через планету", — рассказал Алексей Тайченачев, директор Института лазерной физики СО РАН, чьи слова приводит Российский научный фонд. 
Как правило, в атомных часах два иона находятся в электромагнитной "ловушке" на расстоянии нескольких микрометров друг от друга. Ученые "стреляют" по ионам из лазера, и взаимодействие атомов позволяет выделять два состояния — условные ноль и единицу. Колебания между этими состояниями и есть отсчет времени. Подобные конструкции позволяют достичь невероятной точности измерения времени — современные атомные часы начинают отставать или спешить на секунду лишь через миллиарды лет.
Для их работы нужны достаточно точные "обычные" часы, а также сверхстабильный источник лазерного излучения. Они необходимы для того, чтобы испускать лазерные вспышки через четко отмеренные промежутки времени и определять момент, когда ион поглощает лазерный импульс, а затем повторно испускает его. Предел точности самых "продвинутых" атомных часов сегодня задается именно тем, что "чистоту" и качество лазерных импульсов крайне сложно повышать.
Российским ученым удалось улучшить качество лазерных пучков и точность его работы, привязав частоту импульсов лазера к так называемым "запрещенным переходам" – набору особых энергетических уровней в атомах, куда их электроны попадают крайне редко при поглощении или излучении ими энергии. Как обнаружили сибирские физики, атомы магния и ряда редкоземельных металлов можно заставить осуществлять такие переходы, если поместить их в источник слабого магнитного поля. 
Так как эти переходы происходят при очень специфических условиях, частота излучения лазера, привязанная к ним, будет очень стабильной и предсказуемой при сверхнизких температурах, близких к абсолютному нулю. На текущий момент методика российских ученых позволяет достичь погрешности измерений в 10 в минус 16 степени, однако в будущем ее можно будет улучшить на два порядка, используя экспериментальные методики измерения спектра лазерных лучей.

https://ria.ru/

В некоторых фьордах Норвегии и ряде водоемов Шотландии вечером и ночью в воде можно наблюдать странные зеленые вспышки. Эти вспышки довольно яркие, да и видеть их можно часто. Непосвященный человек подумает, что дело во внеземной жизни или это проявление деятельности потусторонних сил. Но на самом деле все намного проще и приземленнее. Эти вспышки — следы борьбы предпринимателей с паразитами рыб. А именно — вредителями, которые прикрепляются к коже лососей на лососевых фермах. Эти паразиты, если с ними ничего не делать, могут снизить популяцию рыб за относительно короткое время. Даже в природе они опасны, поскольку если на коже закрепится сразу несколько таких организмов, лосось постепенно теряет силы и может погибнуть.
Но в природе рыбы рассредоточены в водной среде. А вот на лососевых фермах они содержатся кучно, поэтому вред, наносимый паразитами, гораздо тяжелее того, что происходит в природе. Речь идет о подклассе ракообразных из класса Maxillopoda. Большинство групп копепод — эктопаразиты беспозвоночных и позвоночных животных. Два вида копепод, Lepeophtheirus salmonis и Caligus elongatus атакуют лососевых и некоторые другие виды рыб, закрепляясь на теле. Питаются эти паразиты кровью и тканями организма хозяина, поэтому превышение определенного количества паразитов на теле одной рыбы (как правило, критично количество в 10 организмов на одну рыбу среднего размера) грозит хозяину гибелью. Бороться с этими паразитами до определенного момента было практически невозможно. Но современные технологии помогли найти надежное решение.
Фермеры обычно держат в ограниченном объеме воды (специальные «садки» посреди открытого водоема) от 50 000 до 150 000 рыб. Если появляются паразиты, они очень быстро заражают подавляющее большинство представителей популяции. Лососи начинают болеть, медленно растут и в особо тяжелых случаях гибнут. Фермеры, соответственно, получают значительные убытки. 
Но, как уже говорилось выше, выход из этой тяжелой ситуации найден. Это подводные роботы с лазерным оружием. Казалось бы, фантастика, но нет — это вполне реальный метод, который используется на многих рыбных фермах Норвегии и Шотландии. Решение появилось не сразу, его искали несколько лет. В конце концов, проблему удалось решить норвежской компании Beck Engineering из Осло. Она разработала подводного робота с двумя стереокамерами, лазером и системой движения. 
Робот с цилиндрическим корпусом подвешен за буй. Устройство оснащено видеокамерами, которые позволяют системе анализировать внешний вид проплывающих мимо лососей. Если обнаружен паразит, его тут же поражает луч зеленого лазера. Импульс мощный и краткосрочный: он убивает паразита, но не причиняет вред рыбе. По словам разработчиков, всего одно устройство может уничтожить несколько десятков тысяч морских вшей за день. Рыба в фермах живет довольно плотно, поэтому мимо робота за день проплывает большая часть обитателей «садка».
Лазер, который используется для борьбы с паразитами, не совсем обычный. Это диодный лазер, который используется в таких сферах медицины, как удаление волос, офтальмология, стоматология. Робот управляется специальным компьютером, ПО которого способно анализировать получаемые от камер изображения в режиме реального времени. Питание дрона осуществляется от внешнего источника, напряжение — 220 вольт. 
Принцип распознавания изображений схож с принципом, заложенным в программную платформу по распознаванию лица владельца в современных смартфонах и ноутбуках. Но работает все это несколько быстрее, поскольку цель отнюдь не статичная. Софт анализирует видеопоток, передаваемый камерами дрона, и если компьютер получает сигнал, начинает работать уже лазерная установка, которая излучает зеленый луч с длиной волны в 530 нм. Паразит погибает при «выстреле» с расстояния в 2 метра и ближе. 
При анализе ситуации на ферме идет оценка температуры воды, концентрации кислорода и некоторых других факторов. Без этого лазерная установка не сможет точно поразить цель. Сейчас этой технологией пользуются крупнейшие игроки рынка рыбы, включая Leroy Seafood Group, Marine Harvest, и SalMar. Роботы, которые борются с паразитами, получили название Stingray. Впервые их представили в 2014 году, сейчас они используются на 100+ фермах Норвегии. В прошлом году с ними начали работать и рыбные фермы Шотландии. 
Раньше с паразитами рыб боролись, но для этого лососей вылавливали, выгружали на борт специального корабля, где пропускали через потоки горячей воды с добавлением различных химических веществ. Это было эффективно, но такой вариант обходился фермерам довольно дорого. Сейчас же все происходит быстрее и эффективнее. 
Кстати, по мнению авторов New York Post, цены на лосося за последние несколько лет могли возрасти именно из-за морских вшей, которые наносили солидный ущерб рыбным фермам. Возможно, что роботы с лазерными установками смогут не только помочь фермам, но и способствовать снижению цен на рыбу. Хотя это уже другой вопрос.

https://geektimes.ru/post/287572/

Поиск