7

Барнаул

Российские физики встроили "лазерный нос" в кремниевый микрочип

Вся система может уместиться в объеме менее кубического сантиметра
Российские физики встроили "лазерный нос" в кремниевый микрочип
Российские физики встроили "лазерный нос" в кремниевый микрочип
ИА Атмосфера
  • 28 февраля, 2019

Барнаул, 28 февраля - Атмосфера. Ученые из Российского квантового центра, МГУ, МФТИ и Швейцарии выяснили, как можно встроить сверхчувствительный лазерный химический анализатор в обычный кремниевый чип, сообщает РИА "Новости" со ссылкой на Nature Communications.

"Вся система может уместиться в объеме менее кубического сантиметра и, что самое важное, требует источник тока мощностью лишь 1 ватт – то есть обычную батарейку. Совместимость со стандартными технологиями производства электроники, простота оптической схемы и низкая стоимость делают эту систему крайне привлекательной для массового производства", – рассказал Андрей Волошин из Российского квантового центра.

Два года назад ныне покойный Михаил Городецкий, научный руководитель РКЦ и профессор МГУ, создал компактное устройство, фотонный чип, который позволяет получать лазерный луч с необычным спектром, похожим на расческу или гребенку, для чего обычно применяется сложная, громоздкая и дорогостоящая система лазеров.

Как тогда говорил физик, разработанная его группой технология позволит уменьшить этот прибор в "сто тысяч раз". Классическое устройство такого типа представляет собой коробку размерами метр на метр, а объем их компактного резонатора составит всего один кубический сантиметр.

Такие "гребенчатые" импульсы интересны ученым и инженерам из-за того, что они позволяют "конвертировать" сигналы из радиочастотной части спектра в оптический диапазон и наоборот, что поможет в разы улучшить точность GPS-приемников, часов, спектрометров и астрономических приборов. За открытие методики создания этой "гребенки" при помощи лазеров Джон Холл и Теодор Хэнш получили нобелевскую премию по физике в 2005 году.

Основой этого прибора стал так называемый микрорезонатор. Если говорить просто, он представляет собой кольцо-"бублик" из особого материала, нитрида кремния или фторида магния, где свет движется по кругу, отражаясь от его стенок. Стенки этого прибора можно построить таким образом, что определенные импульсы будут усиливаться, а другие – гаситься, что и позволяет получать лазерные импульсы с "гребенчатым" спектром.

Год назад Городецкий и его коллеги совершили большой прорыв в практической реализации этой технологии – им удалось приспособить ее для работы с источниками "некачественного" света, в том числе дешевыми и компактными лазерными диодами. Это резко удешевило ее и позволило ученым задуматься о практическом воплощении этих идей.

Как передает пресс-служба МФТИ, для этого им пришлось решить еще одну проблему – понять, как изготовить все компоненты оптического устройства из материалов, совместимых с современными методиками "печати" микросхем, и заменить все сложные элементы, такие как линзы или зеркала, которые нельзя производить массовым образом.

Российские ученые и их коллеги из Высшей политехнической школы в Лозанне обошли все эти препятствия, используя миниатюрные лазерные диоды на базе индия и фосфора, а также микрорезонатор, изготовленный из соединения кремния и азота при помощи технологии послойной "дамасской" печати.

Используя эту методику, им удалось изготовить почти идеальный по своим свойствам резонатор, чей размер составлял всего один миллиметр, и успешно подключить его к лазеру. Это устройство вырабатывает самостабилизирующийся лазерный луч мощностью в 100 милливатт, потребляя при этом меньше одного ватта энергии.

"Часть излучения, циркулировавшая внутри микрорезонатора, попадала обратно в лазерный диод, что обеспечивало быструю оптическую обратную связь. Благодаря этому процессу, который в радиофизике называют "затягиванием", система работала как мощный стабилизированный лазер, а в микрорезонаторе генерировалась оптическая гребенка с высокой степенью когерентности", – объясняет Софья Агафонова из МФТИ.

Как отмечают ученые, подобные излучатели можно будет встроить в чипы, которые применяются не только при изготовлении химических анализаторов, но и при создании высокоскоростных систем связи, лазерных радаров и других устройств, где нужны высококачественные оптические гребенки.

В дальнейшем ученые планируют разработать компактный спектрометр, многочастотный источник узкополосного лазерного излучения. Для этого необходимо развить технологию производства фотонных интегральных устройств и решить несколько других инженерных проблем.

Новости партнеров

Студенты АГМУ спасли пенсионерку в автобусе

18 апреля: развитие алтайских сел и "мусорное" соглашение

В Госавтоинспекции рассказали подробности ДТП с большегрузами в Бийском районе

Башкирская компания попала в "черный список" за срыв дорожных работ на Алтае

Алтайские власти заключат "мусорное" соглашение уже этим летом

Почти 400 жителей Алтайского края пострадали от присасывания клещей

Стоянка запрещена. На каких улицах Барнаула нельзя будет "бросать" машину?

Развитие алтайских сел обсудил губернатор региона с министром сельского хозяйства РФ

В Барнауле проведут обновление двух участков трамвайных путей на сумму 4,2 млн рублей

Инфляция в Алтайском крае превысила отметку 11%

Алтайский думец Терентьев побывал в лётной школе и "потренировался" на вертолёте

Бывший замначальника алтайского УФСИН обвиняется в превышении должностных полномочий

Холода возвращаются: Алтайский край готовится к морозам до -12 градусов

Алтайский депутат проверил строительство домов в новом микрорайоне Тальменки

"Вернетесь другим человеком". Вышел фильм о Белокурихе с Юлией Михалковой

Турчак ввел особый противопожарный режим на всей территории Республики Алтай

17 апреля: иск на золотодобытчиков и нарушение СанПиНа в барнаульском ресторане

В Алтайском крае отремонтируют дороги, ведущие к храмам и святым местам

В Алтайском крае предприниматели все чаще жалуются на спад и стагнацию бизнеса

Власти Алтайского края решили ситуацию с вывозом ТКО в Рубцовской и Каменской зонах

В преддверии Пасхи в Барнауле пройдут праздничные ярмарки

Антон Герман потребовал остановить работу золотодобытчиков в Солонешенском районе

Рубцовского предпринимателя осудят за контрабанду лесоматериалов на сумму 66 млн

Осадки, ветер и похолодание: неблагоприятная погода обрушится на Алтайский край

Барнаульского ресторатора привлекли к ответственности за нарушение санитарных норм

Архив