В Дармштадском техническом университете (Германия) установлен новый мировой рекорд для ширины диапазона излучения (до 100 нм!) одиночного полупроводникового лазера. Разработка может получить широкое применение в оптоволоконной связи и газоанализаторах.

Полупроводниковые лазеры с излучающей поверхностью имеют массу преимуществ — компактность, высокий КПД, низкий нагрев и т. п.

Кроме того, весомым плюсом таких систем является очень большое соотношение длины резонатора и излучающей площади поверхностности, что позволяет а) гибко перенастраивать длину излучаемой волны и б) превращать лазеры в передатчики, работающие в относительно широком диапазоне длин волн.

Германским физикам удалось добиться от одиночного полупроводникового лазера работы в диапазоне шириной в 100 нм при чрезвычайно высокой выходной мощности и достойной спектральной чистоте.

Для этого была применена гибкая мембрана, которая модифицирует исходящий от лазера свет, почти полностью (на 99%) отражая его назад в активную среду.

Рис. 1. Схема нового полупроводникового лазера. (Здесь и ниже иллюстрации Institute for Microwave Technology and Photonics).

Напомним: у каждого лазера есть пара взаимно ориентированных зеркал, отражающая исходящий из активной среды свет для многократного усиления этой средой светового излучения. Расстояние между зеркалами определяется тем, волны какой длины будет излучать установка. Если расстояние увеличить за счёт выноса переднего зеркала чуть далее его обычного местоположения, то волна может существенно удлиниться без изменения объёма активной среды. Благодаря подвижности отражающей мембраны настройка длины волны, на которой излучает лазер, становится относительно простой операцией.

Главным диапазоном работы нового лазера стали 1,55 мкм, а это как раз тот показатель, что используется в современных оптоволоконных системах передачи информации. А причиной тому — намерение разработчиков внедрить новинку в телекоммуникационной отрасли. Сегодня передача данных по оптическому волокну ведётся по фактически фиксированному диапазону.

Разумеется, применение более широкого диапазона позволило бы резко увеличить пропускную способность таких каналов. Однако при нынешних технологиях это усложнило бы передатчики, и их пришлось бы составлять из множества лазеров (работающих в разных диапазонах).

Новая система позволяет обойтись по-прежнему одним лазером, причём практически той же стоимости, и одновременно резко нарастить пропускную способность стандартной оптоволоконной линии.

Рис. 2. Устройство предельно миниатюрно, что позволяет создавать на его базе компактные газоанализаторы.

Аналогичный лазер с варьируемым диапазоном излучения в районе 2 мкм исследователи предполагают применить для создания миниатюрных газоанализаторов. Именно в этом диапазоне можно эффективно измерить вибрацию молекул, к примеру, углекислого газа, поскольку излучение с этой длиной волны интенсивнее всего поглощается последним. Гибкость диапазона излучения позволяет такому лазерному газоанализатору замечать в воздухе сразу несколько газов, «усваивающих» излучение в различных диапазонах.