На этой неделе, в выпуске Nature Photonics, исследователи из MIT и Sandia Labs рассказали о фундаментально новом подходе к изготовлению терагерцевых лазеров, значительно уменьшающем их габариты и потребление энергии. Он также позволяет им излучать более плотные лучи, что имеет важное значение для практического применения.

Созданное авторами опытное устройство представляет собой массив из 37 микроскопических лазеров на одном чипе. Излучение всех лазеров массива синхронизировано по фазе (phase locked), чем и объясняется низкие энергозатраты.

В статье рассматриваются четыре известных ранее методики синхронизации фаз, но все они плохо работают в микромасштабе. Некоторые требуют размещения фотонных компонентов слишком близко друг к другу, что усложняет их производство, другие нуждаются в устройствах за пределами чипа, которые должны быть точно позиционированы по отношению к лазерам.

Предложенные авторами массивы, напротив, монолитны, то есть вырезаются из одного блока материала. Их работа базируется на том же принципе, что и у решеток радиоантенн: каждый лазер индуцирует в окружающих его электрический ток, синхронизируя фазу общего излучения.

Кроме того, новый подход превращает в преимущество то, что раньше воспринималось как недостаток миниатюрных лазеров. При уменьшении размеров лазера излучение его становится все более рассеянным и значительная часть энергии вне основной апертуры уходит в потери.

В экспериментальном массиве излучение, близкое к его плоскости перехватывалось соседними лазерами и повторно переизлучалось в направлении, перпендикулярном плоскости массива. Фактически, чем больше лазеров в таком массиве, тем больше латерального излучения перехватывается и вносит свой вклад в понижение энергетического порога лазерного режима.