


卷 53, 编号 8 (2023)
Обзоры (по материалам xlvii вавиловских чтений по люминесценции, москва, 12 апреля 2023 г.)
Магнитооптика и оптомагнетизм в наноструктурах
摘要
Переход от однородных материалов к материалам, структурированным на масштабах меньше длины волны излучения, позволяет управлять взаимодействием света с веществом за счет возбуждения и перестройки различных оптических мод структуры. Описываются новые явления и эффекты, возникающие при взаимодействии света с наноструктурированными магнитными материалами. Наноструктурирование играет важную роль как для магнитооптики (воздействие намагниченности материала на световую волну), приводя к значительному усилению магнитооптических эффектов и даже к появлению новых эффектов, так и для оптомагнетизма (воздействие лазерных импульсов на намагниченность), открывая возможность для трехмерной магнитной записи и возбуждения обменных спиновых волн. Если масштаб структуры становится порядка десятков и даже единиц нанометров, то начинают проявляться квантовые свойства, которые перспективны для использования магнитных наноструктур для квантовых технологий.



Квантовые повторители: текущие разработки и перспективы
摘要
Описываются принципы работы квантового повторителя – устройства, предназначенного для распределения запутанных состояний квантовых систем на большие расстояния. Представлен обзор последних достижений в области экспериментальной реализации простейшего его варианта – квантового повторителя первого поколения, а также в области разработки ключевого его компонента – квантовой памяти. Обсуждаются ближайшие и долгосрочные перспективы развития исследований в этой области.



Квантовые вычисления: прогнозы и препятствия
摘要
Представлен краткий обзор состояния дел в области квантовых вычислений и обсуждены основные проблемы на пути построения полномасштабных квантовых компьютеров, а также пути их решения.



Lasers
Широкополосная генерация излучения на суммарных частотах СО-лазера в просветленном и непросветленном кристаллах ZnGeP2
摘要
Экспериментально исследована широкополосная генерация излучения на суммарных частотах неселективного СО-лазера с модуляцией добротности резонатора (длительность импульса ~0.3 мкс, частота следования ~90 Гц) в кристаллах ZnGeP2 с просветляющим интерференционным покрытием и без него. Оптическое повреждение непросветленной поверхности кристалла происходило при интенсивности лазерного излучения 0.033 ГВт/см2. В этих же условиях повреждение поверхности кристалла с просветляющим покрытием не наблюдалось. Максимальная эффективность широкополосной генерации суммарных частот СО-лазера в просветленном образце составила 4.8 % и оказалась в два раза выше, чем в непросветленном. Спектральные характеристики излучения на суммарных частотах при использовании просветленного и непросветленного образцов не изменились.



Исследование полупроводникового дискового лазера, излучающего на длине волны 780 нм, на основе гетероструктуры с квантовыми ямами AlxGa1 – xAs/AlyGa1 – yAs при оптической накачке с различной длиной волны излучения
摘要
A semiconductor disk laser (SDL) based on the AlxGa1 – x As/AlyGa1 – y As heterostructure emitting at a wavelength near 780 nm was investigated under pumping by a pulsed dye laser with emission wavelengths of 601 and 656 nm. A structure with a built-in Bragg mirror and 10 quantum wells (QW) arranged in depth with a period equal to half the laser emission wavelength in the structure was used. Under pumping with l = 601 nm, a power of 9.3 W was achieved at a wavelength of 782 nm with a differential efficiency of 12%. Under pumping with l = 656 nm, the differential efficiency remained virtually unchanged, although the pump absorption in depth was more uniform. These results are compared with those obtained previously with laser pumping at 450 and 532 nm wavelengths, as well as with electron beam pumping. It is concluded that the distribution of nonequilibrium carriers over the QW is largely determined by their diffusion length, which in this structure is approximately 1 μm.



Металлодиэлектрические зеркальные покрытия для квантовых каскадных лазеров с длиной волны излучения 4 – 5 мкм
摘要
Представлены результаты сравнения металлодиэлектрических зеркальных покрытий для квантовых каскадных лазеров (ККЛ) среднего ИК диапазона. Изготовлены образцы ККЛ с оптическими покрытиями Al2O3 – Ti – Au и SiO2 – Ti – Au и изучены их характеристики. Показано, что использование металлодиэлектрических зеркальных покрытий позволяет увеличиnь выходную оптическую мощность приборов до 93 % и снизить их пороговые токи в 1.25 раза.



Нелинейно-оптические явления
Высокоэффективная генерация третьей гармоники в среде с квадратичной и кубичной нелинейностями в результате каскадной генерации второй гармоники
摘要
A new highly efficient method for tripling the frequency of optical waves is proposed based on cascade second-harmonic generation in a medium with quadratic susceptibility taking into account the cubic response of the medium. The interactions of the fundamental, second, and third harmonic waves occurred at a large phase detuning between the fundamental and second harmonic waves. In a medium with only quadratic susceptibility, this resulted in a response of the medium similar to the response inherent in a medium with cubic nonlinearity, the sign of which is determined by the sign of the above-mentioned phase detuning. The process of wave interaction is considered theoretically based on the multiscale method. Without using the specified field approximation, the modes of frequency conversion, intensity and phase evolution of interacting waves are analyzed without taking into account their second-order dispersion and diffraction. A bistable mode of frequency tripling, as well as a mode of complete suppression of wave generation at the tripled frequency and a mode of suppression of the Kerr effect are discovered. Computer simulation has shown the possibility of pumping 98.5% of the incident wave energy into the third harmonic. A simpler and more physically visual (compared to the multi-scale method) method for analyzing cascade processes with a large phase mismatch between a pair of interacting waves is also proposed.



Laser applications and other topics in quantum electronics
Волоконный ВКР-лазер с длиной волны 1.48 мкм для сверхбыстрого отогрева криоконсервированных микрообъектов
摘要
Продемонстрирован каскадный ВКР-лазер на основе фосфосиликатного волокна с длиной волны 1475 нм и миллисекундными импульсами с энергией 8.5 мДж, предназначенный для сверхбыстрого лазерного отогрева витрифицированных микроскопических образцов с линейным размером ~100 мкм, к которым относятся преимплантационные эмбрионы. Накачка лазера осуществляется иттербиевым волоконным лазером с импульсным режимом работы, который задается модуляцией тока лазерных диодов. Рассмотрены спектрально-мощностные и временные характеристики излучения. Максимальная мощность ВКР-генерации на центрах P2O5 ограничивается конкурирующим процессом рассеяния на центрах SiO2 в фосфосиликатном волокне.



Мощные линейки лазерных диодов на основе квантоворазмерных гетероструктур (Al)GaAs/AlGaAs/GaAs и GaAsP/GaInP/GaAs
摘要
Представлены теоретические и экспериментальные результаты сравнения мощных лазерных линеек спектрального диапазона 800 – 810 нм, изготовленных на основе гетероструктур (Al)GaAs/AlGaAs и GaAsP/GaInP. Лучшие результаты были продемонстрированы для линеек на основе гетероструктур GaAsP/GaInP. Максимальные значения выходной оптической мощности лазерных линеек длиной 1 см в квазинепрерывном режиме накачки достигали 370 – 380 Вт. Обсуждается возможная причина различия выходных мощностей линеек на основе исследуемых систем материалов и приведены способы дальнейшего увеличения мощности излучения.



Компактные монохроматоры высокого разрешения на область длин волн 110 – 160 Å
摘要
Рассмотрены монохроматоры, рассчитанные на работу с «точечным» лазерно-плазменным источником мягкого рентгеновского излучения и предназначенные для характеризации зеркал и других рентгенооптических элементов, в том числе многослойной рентгеновской оптики. Рассчитаны три компактных (~0.6 м) монохроматора высокого разрешения: схема Хеттрика – Андервуда с плоской VLS-решеткой для диапазона 110 – 160 Å, одноэлементный монохроматор с транслируемой плоской VLS-решеткой (120 – 155 Å) и одноэлементный монохроматор с классической сферической решеткой Роуланда (110 – 160 Å). Спектральное разрешение схем оценивалось методом численной трассировки лучей. Возможности этих монохроматоров сопоставляются с возможностями монохроматоров, выполненных по трехэлементной схеме Черни – Тёрнера. В качестве сравнительного критерия использовался фактор «пропускная способность» при условии достаточно высокой (условно l/dl ~ 500 или более) спектральной разрешающей способности.


