Ученые из Научно-исследовательского института клинической и экспериментальной лимфологии (НИИКЭЛ, филиал Института цитологии и генетики СО РАН) совместно с коллегами из новосибирского филиала МНТК «Микрохирургия глаза», Новосибирского государственного университета, (НГУ), ИЦиГ СО РАН, Новосибирского института органической химии, Института ядерной физики им. Г. И. Будкера (ИЯФ СО РАН) в экспериментах на животных установили безопасную для глаз дозу терагерцового излучения, сообщает пресс-служба ИЯФ СО РАН.
Результаты опубликованы в журнале Biomedical Optics Express.
«Мы показали, что терагерцевое излучение с параметрами 2.3 ТГц и интенсивностью 0.012-0.024 мВт/кв. см в течение 30 минут является условно безопасным для структур глаза кролика. Однако выявленные изменения роговицы требуют дальнейшего изучения для определения безопасных пределов воздействия», — отмечает соавтор исследования, научный сотрудник лаборатории клеточных технологий НИИКЭЛ Екатерина Бутикова.
Отмечается, что терагерцовое излучение и основанная на нем терагерцевая спектроскопия может войти в клиническую практику как эффективный метод диагностики онкологических заболеваний или для возможной диагностики заболеваний органа зрения, поэтому вопрос о разработке рекомендаций по безопасности при работе в этом диапазоне является актуальным.
При этом в силу того, что естественные источники терагерцового излучения на поверхности Земли отсутствуют, ни у одного живого организма не сформировано никаких защитных механизмов от него.
Для подобных биологических экспериментов на Новосибирском лазере на свободных электронах (НЛСЭ) была создана специальная пользовательская станция, на которой реализована технология регулировки средней и пиковой мощности излучения, а также интенсивности воздействия.
Диагностические исследования кроликов проводились в нулевой день, то есть в день облучения, на следующий день, через неделю и через месяц.
Облучение роговицы привело к снижению плотности эндотелиальных клеток. «Выявленные изменения носили обратимый характер и не привели к патологическим изменениям роговицы», — говорится в сообщении.
Также отмечается, что именно кролики как объект исследования хороши тем, что получаемые на них данные можно экстраполировать на людей.
НЛСЭ — это масштабная установка, построенная на базе специального ускорителя в ИЯФ, он превосходит все другие источники лазерного излучения в мире в диапазоне длин волн 40-80 и 110-240 микрон. В отличие от обычных лазеров ЛСЭ могут менять длину волны и подстраиваться под резонансные частоты.
Спектр частот терагерцевого излучения расположен между инфракрасным и сверхвысокочастотным диапазонами, проникает через многие материалы, кроме металлов. В отличие от рентгеновского излучения не является ионизирующим.
Источник: https://academia.interfax.ru/

Исследователи НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге нашли способ создать эффективные микролазеры диаметром всего 5–8 микрометров. Они работают при комнатной температуре, не требуют охлаждения и могут встраиваться в микросхемы. Ученые использовали эффект шепчущей галереи для удержания света и буферные слои для снижения утечек энергии и напряжений. Подход перспективен для интеграции лазеров в чипы, сенсоры и квантовые технологии.
Исследование опубликовано в «Письмах в Журнал технической физики». Устройства вокруг нас становятся все компактнее и при этом не теряют функциональности. Смартфоны решают задачи, для которых раньше требовался компьютер, а небольшие камеры снимают почти как профессиональные. Миниатюризация коснулась и лазеров — источников направленного светового излучения, которые встраивают в оптические чипы, сенсоры, медицинские приборы и системы связи. Узнать больше
Но уменьшить лазер, сохранив его оптические свойства, эффективность и надежность, непросто. Разработка лазера размером 5–8 микрометров (примерно как диаметр эритроцита) требует сложных расчетов, а его производство — высокой точности. Главная трудность — в устройстве самого лазера. В отличие от обычных источников света, лазеры усиливают излучение внутри резонатора — структуры, где свет многократно отражается и усиливается. И чем компактнее лазер, тем сложнее удержать внутри него свет так, чтобы он многократно отражался, усиливался и не терял энергию — именно это важно для его стабильной работы.
Другая сложность — дефекты в материале. В лазерах используются кристаллы, способные усиливать свет. Но при их выращивании часто возникают микроскопические дефекты, которые снижают эффективность генерации света. Чтобы свести такие нарушения к минимуму, ученые тщательно подбирают условия синтеза и заранее моделируют свойства кристаллов в разных режимах. При этом решение одной проблемы нередко вызывает появление других, и разработка лазеров превращается в постоянный поиск баланса.
Ученые НИУ ВШЭ создали микролазеры диаметром всего 5–8 микрометров, работающие при комнатной температуре. Они использовали кристаллическую структуру из соединений индия, галлия, азота и алюминия, выращенную на кремниевой подложке. Для удержания света в крошечном пространстве ученые применили эффект шепчущей галереи.
«Это явление известно в акустике: в некоторых храмах и соборах можно прошептать слова у одной стены, и звук будет отчетливо слышен у противоположной стены, несмотря на то что в обычных условиях звук не распространился бы на такое расстояние. Аналогичный эффект позволяет свету многократно отражаться внутри дискового микролазера, благодаря чему потери минимизируются», — объясняет старший научный сотрудник Международной лаборатории квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге Эдуард Моисеев.
Однако даже при таких условиях световые волны могут частично уходить в подложку и теряться. Чтобы этого избежать, исследователи добавили ступенчатый буферный слой. Он компенсирует механические напряжения между кремнием и нитридными слоями, а также снижает утечку излучения, позволяя лазеру стабильно работать даже при небольших размерах.
Узкая интенсивная линия на спектре соответствует лазерному излучению, возникающему за счет многократного отражения света внутри микрорезонатора благодаря эффекту шепчущей галереи и оптического усиления квантово-размерной активной области. Вставка справа — численный расчет, показывающий, что свет остается внутри структуры и не уходит в подложку. Наверху — фото трех фотолюминесцирующих микролазеров.
«Наши микролазеры стабильно работают при комнатной температуре, без систем охлаждения, что делает их удобными для реального использования. В будущем такие устройства позволят создавать более компактные и энергоэффективные оптоэлектронные приборы», — объясняет заведующая Международной лабораторией квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге Наталья Крыжановская.Статья подготовлена в ходе проведения исследования в рамках проекта «Международное академическое сотрудничество» НИУ ВШЭ.

Источник: https://naked-science.ru/

Учёные впервые продемонстрировали лазер, работающий несколько часов без импульсной накачки — прорыв для сверхточных сенсоров и симуляторов
Учёные из США и Германии сообщили о достижении непрерывной генерации лазерного излучения на основе охлаждённых лазером атомов стронция-88, загруженных в кольцевой резонатор. Эксперимент, результаты которого опубликованы в журнале Nature Physics, демонстрирует непрерывную работу лазера в течение нескольких часов. Это значительный прорыв в области квантовой сенсорики и симуляции квантовых систем, где подобные явления ранее наблюдались только импульсно.
Ключевой особенностью эксперимента является использование непрерывной трёхмерной «мелассы» с длиной волны 689 нм для охлаждения атомов стронция. Дополнительный вертикально ориентированный замедляющий луч на той же длине волны способствует захвату атомов в «мелассу». При достижении порогового числа атомов (около 300 000) начинается непрерывная генерация излучения на той же длине волны 689 нм.
Примечательно, что инверсия населённостей, необходимая для лазерной генерации, достигается не за счёт внешней накачки, а за счёт инверсии в степенях свободы атомного импульса. Это связано с самоорганизацией атомов и явлением коллективной атомной отдачи, ранее наблюдавшимся только в циклическом режиме. Охлаждение «мелассой» непрерывно пополняет атомы в резонаторе и возвращает их в состояния с низким импульсом, поддерживая инверсию населённостей.
Экспериментальная установка команды: атомы охлаждаются и замедляются внутри вакуумной камеры, пока их не удастся захватить в решётку внутри полости (чёрный разделитель в нижней половине вакуумной камеры). Флуоресценция атомов видна сверху синим цветом. Источник: JKT / ZN
Интересно, что чувствительность частоты генерации к изменениям частоты резонатора оказывается значительно снижена (в 120 раз) благодаря саморегулирующемуся механизму потерь атомов, связанному с нагревом резонатора. Это открывает новые возможности для уменьшения влияния низкочастотного шума резонатора. Эксперимент выявил четыре различных режима генерации, отличающихся коэффициентами «подтягивания» частоты излучения к частоте резонатора. В одном из режимов (зона I) эта чувствительность минимальна.
Глубокий анализ показал когерентность излучения в обоих направлениях кольцевого резонатора, а также влияние на генерацию перемещения атомов вдоль оси резонатора. При малых скоростях перемещения наблюдается ожидаемый доплеровский сдвиг частоты, но при больших скоростях взаимодействие мод генерации ослабевает. Авторы разработали модель, качественно описывающую как фиксацию частоты генерации, так и гистерезисный характер переходов между режимами. Модель основана на самосогласованном взаимодействии между частотой генерации, числом атомов и частотой резонатора.
Новый механизм непрерывной генерации лазерного излучения с узкой линией, обладающий крайне низкой чувствительностью к частоте резонатора, открывает перспективы для прецизионных измерений и квантовой сенсорики, а также стимулирует разработку новых методов стабилизации частоты резонатора. В будущем планируется использовать этот подход для создания непрерывного сверхизлучающего лазера на переходе с шириной линии 1,3 мГц в атомах стронция-87.
Источник: https://www.ixbt.com/

Научные сотрудники отдела лазерной физики и инновационных технологий НГУ оптимизировали двухлучепреломляющие фильтры к использованию в волоконных лазерах. Оптимизированные двулучепреломляющие фильтры востребованы во многих волоконных лазерах, широко применяемых в различных задачах — от медицины до охлаждения атомов.
Ученые НГУ стали далеко не первыми специалистами в области фотоники, кто с разной степенью успешности применял данные фильтры в волоконных лазерах, однако они обобщили и проанализировали предыдущий опыт своих коллег и предложили свое инновационное решение по их оптимизации. Результаты этой работы представлены в статье заведующего Отделом лазерной физики и инновационных технологий НГУ доктора физико-математических наук Сергея Кобцева «Двулучепреломляющие фильтры в волоконных системах, которая была опубликована в международном научном журнале «Journal of the Optical Society of America B». Она стала одной из самых скачиваемых в январе-марте 2025 года.
— Мы работаем с двулучепреломляющими фильтрами много лет. Совершенствованию фильтров этого типа было посвящено несколько работ, в которых мы рассматривали двулучепреломляющие фильтры как основные селекторы жидкостных и твердотельных перестраиваемых лазеров. Фильтры этого типа зарекомендовали себя в наших традиционных лазерах с самой лучшей стороны. Естественно, возникло желание применить их в волоконных лазерах. Выяснилось, что при адаптации двулучепреломляющих фильтров к волоконным лазерам остается, по сути, только принцип действия этих фильтров, а их конфигурация претерпевает значительные изменения. В статье «Birefringent filters in fiber systems» показаны варианты этих изменений, проанализированы возможности и ограничения модифицированных фильтров. Статья, конечно, интересна широкому кругу исследователей и разработчиков в области фотоники, — объяснил доктор физико-математических наук Сергей Кобцев.
Интерес к лазерным спектрально-селективным компонентам со стороны специалистов в области фотоники довольно велик, так как такие элементы позволяют во многих случаях достичь необходимой ширины линии излучения лазера и/или управлять длиной волны излучения. Двулучепреломляющие фильтры, действие которых основано на изменении поляризации излучения при прохождении двулучепреломляющего оптического материала, давно зарекомендовали себя как одни из лучших спектрально-селективных компонентов для лазеров с относительно широкой полосой усиления.
Фильтры этого типа широко применяются в перестраиваемых лазерах на красителях или титан-сапфировых лазерах. Обычно они содержат одну или несколько двулучепреломляющих пластин (как правило, из кристаллического кварца), наклоненных под углом Брюстера к лучу.
Наклонные поверхности пластин играют роль частичных анализаторов излучения, а сами пластины являются поляризаторами излучения. В генерацию выходят те длины волн излучения, поляризация которых не изменяется при прохождении фильтра.
— Большинство волоконных лазеров являются перестраиваемыми, длина волны их излучения может быть изменена на десятки нанометров. Это изменение может быть осуществлено с помощью двулучепреломляющих фильтров, но они требуют адаптации к волоконным лазерам. В результате попыток использования этих фильтров в волоконных лазерах возникла необходимость в новых решениях для адаптации двулучепреломляющих фильтров к относительно новой платформе, обладающей оригинальными свойствами. Статья «Birefringent filters in fiber systems» посвящена анализу изменений этих фильтров (материала, конфигурации, управляемости и т.д.), связанных с их использованием в новых условиях. Оптимизированные двулучепреломляющие фильтры востребованы во многих волоконных лазерах, широко применяемых в различных задачах — от медицины до охлаждения атомов. Не будет преувеличением сказать, что благодаря усилиям ученых НГУ совершенствуется один из ключевых элементов волоконных лазеров, — пояснил Сергей Кобцев.
Исследование, описанное в статье, проводится в рамках проекта «Новые волоконные короткоимпульсные лазерные системы, включающие передовые композиционные материалы, интеллектуальные технологии и метрологические расширения», поддержанного Министерством науки и высшего образования РФ.
Источник: https://4s-info.ru/

Ученые разработали простую лазерную систему, преобразующую сверхкороткие — в квадриллионные доли секунды — лазерные импульсы ближнего инфракрасного диапазона в средний инфракрасный. Интерес к таким системам обусловлен тем, что именно они позволяют «заснять» молекулярные «отпечатки пальцев» многих веществ, например в составе лекарств или опасных газов. Ввиду своей простоты и эффективности разработка может найти применение в медицине, системах безопасности и детектирования, где требуются мощные и точные инфракрасные источники.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Optics Letters.
Лазерные источники, генерирующие импульсы длительностью в квадриллион раз меньше секунды в среднем инфракрасном диапазоне, перспективны для самых разных применений. Например, этот диапазон хорошо проникает сквозь живые ткани и безопасен для организма, благодаря чему его можно использовать в медицинской диагностике. Кроме того, в нем находятся молекулярные «отпечатки пальцев» — уникальные спектральные образы — многих молекул, поэтому он удобен и для детектирования опасных веществ, например газов. Чаще всего ультракороткие лазерные импульсы среднего инфракрасного диапазона получают, преобразуя лазное излучение из другого спектрального диапазона, что технически сложно, а имеющиеся подходы сопряжены с малой энергетической эффективностью преобразования и требуют дорогого и громоздкого оборудования. Поэтому ученые ищут простые и высокоэффективные источники такого излучения.
Исследователи из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН (Москва) разработали новую систему, генерирующую фемтосекундные лазерные импульсы в среднем инфракрасном диапазоне. За основу авторы взяли доступный в научных и медицинских лабораториях титан-сапфировый лазер, излучающий в ближнем инфракрасном свете. Чтобы «превратить» его спектр в средний инфракрасный диапазон, исследователи предложили разделить лазерный луч с помощью частично отражающего зеркала на две части. Одну из них пропустили через трубку, заполненную углекислым газом. Луч создал в газе плазменный канал, при прохождении по которому его спектр «растянулся» в сторону более длинных волн.
На выходе из газовой трубки этот луч снова соединился с тем, что не претерпел никаких изменений. Вместе их направили в кристалл из ртути, галлия и серы (тиогалата ртути). При прохождении через него в определенном направлении две совмещенные волны создавали такую поляризацию, которая позволила получить нужный средний инфракрасный диапазон. Авторы подчеркивают, что, поворачивая кристалл, можно менять спектр излучения, точно настраивая его под конкретные задачи, например поиск «отпечатков пальцев» определенных молекул.
Главные преимущества предложенной системы — простота реализации и высокая эффективность. Так, она позволяет преобразовать 30% фотонов исходного ближнего инфракрасного излучения в нужный диапазон, что сопоставимо с лучшими существующими (и при этом более сложными по конструкции и эксплуатации) преобразователями.
«Насколько нам известно, эта разработка представляет собой лучшее из существующих сочетание простоты и эффективности. Такая система с небольшими затратами может быть воспроизведена в любой лаборатории, имеющей фемтосекундный титан-сапфировый лазер. Учитывая, что энергию и спектр получаемого излучения можно перестраивать, возможные сферы применения устройства весьма широки. Например, в медицине такие лазеры могут использоваться для точного удаления тканей без повреждения окружающих областей, а в системах безопасности — для детектирования взрывчатых веществ по их инфракрасным спектрам. В дальнейшем нам предстоит двигаться в направлении масштабирования энергии и совершенствования технологии для ее промышленного применения. В частности, мы уже проводим эксперименты по усилению излучения этой системы в углекислотном лазерном усилителе высокого давления. А технологическое совершенствование мы планируем осуществить за счет перехода от газовой трубы к газонаполненным оптическим волокнам», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Игорь Киняевский, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории газовых лазеров Физического института имени П.Н. Лебедева РАН.

Информация и фото предоставлены пресс-службой Российского научного фонда

Источник: https://scientificrussia.ru/

Исследователи Томского политехнического университета и Томского государственного университета сделали значительный прорыв в понимании поведения квазичастиц, представив новую интерпретацию уравнений Шредингера. Это исследование направлено на глубокий анализ динамики этих пространственно локализованных «пакетов» энергии, которые способны взаимодействовать подобно классическим частицам.
Стремление ученых понять, как действуют две слабо связанные квазичастицы, позволило им выявить, что их поведение существенно отличается от одного одиночного пакета. Это открытие дает возможность подробнее изучить нелокальные эффекты в конденсированных средах и предложить инновационные решения для моделирования сверхкоротких лазерных импульсов.
По словам доцента ТПУ Антона Кулагина, «наш подход помогает предсказывать, как дальнодействующие взаимодействия формируют новые структуры в нелинейных системах». Созданный ими математический аппарат может быть успешно использован для моделирования последовательностей лазерных импульсов и даже в разработке квантовых компьютеров и элементов радиосвязи.
Новая интерпретация уравнений Шредингера имеет практическое значение, уже демонстрируя потенциал в повышении точности и мощности лазеров. Это особенно актуально для таких секторов, как медицина, телекоммуникации и промышленность в России. Кроме того, понимание взаимодействия квазичастиц может лежать в основе создания стабильных квантовых систем, критически важных для обработки данных и развития криптографии.
Источник: https://gosrf.ru/

Биологи научно-исследовательского института клинической и экспериментальной лимфологии (филиал Института цитологии и генетики СО РАН, ИЦиГ СО РАН, Новосибирск) совместно с коллегами из Новосибирского государственного университета, ИЦиГ СО РАН и Института ядерной физики им.Г.И.Будкера (ИЯФ СО РАН) установили, что терагерцовое (ТГц) излучение меняет энергетический метаболизм клеток меланомы человека, говорится в сообщении ИЯФ СО РАН.
Исследования проводились на Новосибирском лазере на свободных электронах (НЛСЭ) ИЯФ СО РАН с частотой излучения 2.3 ТГц и средней интенсивностью 0.05 Вт/кв.см — генерация излучения с такими параметрами возможна только на этой установке.
В эксперименте участвовали три группы клеток. Одну облучали терагерцовым излучением, вторую — инфракрасным излучением (ИК), третья была контрольная. Группы ТГц и ИК облучали по 10 и 45 минут. В день облучения специалисты проводили цитотоксические тесты клеток. На третьи сутки проводили метаболомный скрининг — анализ метаболитов, или органических молекул, участвующих в обмене веществ.
«Метаболомный скрининг и биоинформатический анализ показали, что ТГц-излучение влияет на энергетический метаболизм клеток меланомы. Эти работы имеют фундаментальный характер и расширяют представление о биологических эффектах терагерцового излучения, а также клеточных реакций на его воздействие», — говорится в сообщении.
Результаты опубликованы в журнале Biochimica et Biophysica Acta — Molecular and Cell Biology of Lipids.
Исследования показали, что ТГц-излучение вызвало изменения в содержании 40 метаболитов, синтез которых, в основном, регулируют мембранные белки — целостность самих этих белков не была затронута.
«Метаболические эффекты были специфичны для ТГц-излучения и отличались от теплового воздействия, наблюдаемого при инфракрасном излучении», — отмечается в сообщении.
Уточняется, что исследование не имело непосредственной целью разработку методов лечения с использованием ТГц-излучения.
Ранее ученые Курчатовского геномного центра — ИЦиГ СО РАН установили, что субмиллиметровое (терагерцовое) излучение влияет на активность генов, ответственных, в том числе, за деление клеток.
НЛСЭ — это масштабная установка, построенная на базе специального ускорителя в ИЯФ, он превосходит все другие источники лазерного излучения в мире в диапазоне длин волн 40-80 и 110-240 микрон. В отличие от обычных лазеров ЛСЭ могут менять длину волны и подстраиваться под резонансные частоты.
Спектр частот терагерцевого излучения расположен между инфракрасным и сверхвысокочастотным диапазонами, проникает через многие материалы, кроме металлов. В отличие от рентгеновского излучения не является ионизирующим.
Источник: https://academia.interfax.ru/

В ГУАП научились управлять сверхконцентрированными пучками лазера.
Ученые Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения придумали, как создавать сверхконцентрированный пучок лазера для более качественной связи в космосе. Это поможет увеличить дальность и снизить энергопотребление систем космической связи. Об этом «Газете.Ru» рассказали в ГУАП.
Специалисты использовали выращенные Институтом неорганической химии РАН кристаллы для сканирования световых пучков, которые в процессе распространения в свободном пространстве не подвержены такому оптическому явлению, как дифракция. Дифракция влияет на свойства пучка, в частности, на его расходимость. Чем больше расстояние, тем сильнее расходимость пучка и тем хуже качество связи: требуются дополнительные методы улучшения чувствительности приемников, обработки сигналов.
Команда ГУАП создала экспериментальный образец акустооптического устройства. Это специальный прибор, комплексно управляющий интенсивностью и реализацией световых пучков и позволяет перемещать и сканировать этот пучок в пространстве. Образец был протестирован в реальных условиях.
«Существующие системы космической связи работают на традиционных гауссовых оптических пучках. Но в системах космической связи необходимо обеспечить высокую точность взаимонаведения приемника и передатчика. Этого можно добиться именно с помощью акустооптики (раздел в физике, изучающий взаимодействие звуковых и электромагнитных волн). Кроме того, использование бездифракционных пучков позволяет снизить энергопотребление устройств космической связи, увеличить дальность передачи. Это можно применить для реализации систем передачи в космическом пространстве на принципиально новых типах бездифракционных лазерных пучков, что позволяет увеличить дальность связи и снизить энергопотребление системы», — рассказал доцент кафедры конструирования и технологий электронных и лазерных средств ГУАП Василий Казаков.
Источник: https://www.gazeta.ru/

Китайские учёные построили компактную твердотельную лазерную систему, которая генерирует когерентный свет с длиной волны 193 нм. Это изобретение обещает прорыв в полупроводниковой литографии и других технологических областях.
Лазеры, работающие в глубоком ультрафиолете (DUV) с высокой энергией фотонов и короткими длинами волн, применяются в полупроводниковой литографии, спектроскопии высокого разрешения, прецизионной (высокоточной) обработке материалов и в квантовых технологиях. Их отличают высокая когерентность и низкое потребление энергии в сравнении с эксимерными или газоразрядными лазерами, то есть возможность создавать компактные установки.
Китайским учёным удалось добиться значительного прогресса и построить компактную твердотельную лазерную систему, способную генерировать когерентный луч с длиной волны 193 нм, сообщается в рецензируемом научном журнале Advanced Photonics Nexus. Эта длина волны имеет решающее значение в полупроводниковой литографии — процессе травления сложных узоров на кремниевых пластинах, составляющих основу современной электроники.
Лазерная система работает с импульсной частотой повторения 6 кГц, в ней используется усилитель на кристалле Yb:YAG (иттербий-допированный иттрий-алюминиевый гранат) и производится лазер с длиной волны 1030 нм. Луч разделяется на две части: одна проходит через нелинейный кристалл, где подвергается генерации четвёртой гармоники для производства луча 258 нм с выходной мощностью 1,2 Вт; вторая воздействует на оптический параметрический усилитель, генерируя лазер 1553 нм мощностью 700 мВт. Далее они объединяются в каскадных кристаллах LBO (триборат лития — LiB₃O₅), и производится лазер на 193 нм, достигающий средней мощности 70 мВт с шириной линии менее 880 МГц. Перед смешиванием частот исследователи ввели в луч 1553 нм спиральную фазовую пластину, благодаря которой стал генерироваться вихревой луч с орбитальным угловым моментом — спиральный лазерный луч.
Таким образом, учёным удалось впервые произвести на твердотельной установке вихревой лазерный луч с длиной волны 193 нм. Он сможет применяться для затравки гибридных эксимерных лазеров на фториде аргона (ArF), использоваться в литографии кремниевых пластин, выявлении дефектов, в квантовой связи и оптическом микроманипулировании. Система предлагает более высокую эффективность и точность для полупроводниковой литографии и открывает новые возможности для производственных технологий. Генерация вихревого луча с длиной волны 193 нм обещает дальнейшие прорывы в этой области вплоть до революции в производстве электроники.
Источник:
https://3dnews.ru/

Физики из Института спектроскопии РАН и НИУ ВШЭ смогли удержать атомы рубидия-87 в ловушке более четырех секунд. Использование их метода удержания повысит точность квантовых сенсоров, в работе которых важны как количество, так и время удержания атомов. Такие квантовые системы используют для исследований темной материи, улучшения навигационных систем и поиска полезных ископаемых.
Результаты исследования опубликованы в «Письмах в Журнал экспериментальной и теоретической физики». Квантовые сенсоры — устройства, которые используют эффекты квантовой механики для изучения материи. С их помощью стало возможно улавливать мельчайшие изменения в гравитационных и магнитных полях, а также с высокой точностью измерять ускорение и вращение Земли. Это направление современной прикладной физики способно изменить представления о точности измерений физических величин.
Атомы нельзя просто поместить в сенсор и успокоиться, они не останутся там и на минуту из-за теплового движения. Чтобы удерживать атомы в определенной области, ученые замедляют их, охлаждая разными способами в несколько этапов. Первый из них — охлаждение и захват атомов в магнито-оптические ловушки (МОЛ). Такие ловушки создают с помощью лазерных и магнитных полей. Для создания распределений магнитных полей в компактных устройствах понадобится атомный чип.
«Каждый из этапов охлаждения уменьшает количество атомов в рабочем объеме сенсора, а это снижает точность прибора. Поэтому нам важно собрать как можно больше атомов на этапе подготовки первичного ансамбля, чтобы точность квантового сенсора осталась высокой после всех стадий охлаждения», — объясняет ключевую проблему создания квантовых сенсоров на основе холодных атомов Дарья Быкова, преподаватель факультета физики, аспирантка НИУ ВШЭ.
Первичное охлаждение до температуры порядка сотни микрокельвинов значительно замедляет тепловое движение атомов, что помогает удерживать их в выбранной области пространства. Снижение температуры обеспечивают лазерным излучением: воздействие луча лазера заставляет атомы терять кинетическую энергию и двигаться медленнее. Вместе лазерное излучение и магнитное поле удерживают атомы на месте достаточно долго для проведения экспериментов, то есть формируют ловушку, из которой атомам непросто выбраться. На следующей стадии, уже без лазерного поля, атомы охлаждают до температуры около сотни нанокельвинов, то есть еще в тысячу раз.
«Можно сказать, что мы “толкаем” атомы лазерным излучением к центру ловушки. Они оказываются в ней заперты магнитным полем и постоянным давлением света», — комментирует Дарья Быкова.
Одна из эффективных технологий, которая дает исследователям возможность уменьшать размеры квантовых сенсоров и улучшать их энергоэффективность, — атомный чип. Он формирует вблизи своей поверхности магнитное поле, необходимое для создания ловушек, и позволяет охлаждать и локализовывать ансамбли атомов вблизи своей поверхности.
В отделе лазерной спектроскопии Института спектроскопии РАН студенты и аспиранты НИУ ВШЭ сформировали ловушки с применением технологии атомного чипа. В этой конфигурации они смогли удержать атомы в нужной области на продолжительное для квантовых технологий время — на четыре секунды.
Исследователи экспериментально показали, что при использовании атомного пучка для загрузки атомов в МОЛ на чипе количество локализованных атомов резко возрастает по сравнению с загрузкой из атомных паров в вакуумной камере. Также они подтвердили, что могут эффективно контролировать загрузку атомной ловушки. Они смогли корректировать расположение пучка атомов с помощью лазерных полей. Такое сочетание технологий значительно увеличило скорость загрузки при сохранении ультравысокого вакуума в области атомного чипа по сравнению с предыдущими экспериментами.
«Мы нашли оптимальные условия загрузки в МОЛ и удержали достаточное для стабильной работы количество атомов в ловушке — 4,9×10⁷. Время жизни ансамбля — 4,1 секунды, этого хватит, чтобы провести следующие стадии более глубокого охлаждения и создать прототип квантового сенсора», — рассказал Антон Афанасьев, доцент базовой кафедры квантовой оптики и нанофотоники Института спектроскопии РАН факультета физики НИУ ВШЭ, старший научный сотрудник Института спектроскопии РАН.
Работа поддержана Научным фондом НИУ ВШЭ и выполнена в отделе лазерной спектроскопии Института спектроскопии РАН.
Источник: https://naked-science.ru/