Сотрудники Физико-технического института имени Иоффе(Санкт-Петербург) нашли способ эффективнее получать мощное лазерное излучение, необходимое, в частности, для развития беспилотных транспортных средств, сообщили РИА Новости в Министерстве науки и высшего образования РФ. Исследования прошли при финансовой поддержке Российского научного фонда.
В последние годы активно создаются транспортные беспилотники, однако они могут работать только при использовании лазерных лидаров – устройств для измерения расстояний с помощью замера времени возвращения отражённых лазерных лучей на приёмник.
Главная трудность заключается в правильной генерации такого излучения. Чтобы «рассмотреть» объект на расстоянии сотни метров в любых погодных условиях и обеспечить безопасное движение, необходимы источники излучения с большой мощностью и яркостью. Но импульсы излучения при этом должны быть очень короткими – всего в наносекунды. Сейчас в лидарах применяются волоконные и твердотельные лазеры. Однако из-за того, что им требуется дополнительный этап «накачки» (процесс передачи энергии от внешнего источника на лазер), такой вид лазеров считается недостаточно эффективными.
«Нами был предложен альтернативный вариант, позволяющий избавиться от лишнего звена в цепочке преобразования энергии источника питания в энергию лазерного излучения», — отметил заведующий лабораторией полупроводниковых лазерных диодов ФТИ Сергей Слипченко.
На первом этапе учёные ФТИ провели теоретическую работу
«Мы рассчитали процессы взаимодействия носителей тока и света в гетероструктурах (выращенная на подложке структура, состоящая из слоёв различных материалов) и кристаллах мощных полупроводниковых лазеров. Исходя из этого были сгенерированы новые дизайны полупроводниковых гетероструктур и конструкций лазерных кристаллов для последующей экспериментальной реализации», – добавил Слипченко.
Новые, оптимизированные слои гетероструктур, состоящие из разных составов, сделали энергетические потери минимальными. Кроме того, учёным удалось создать технологию так называемой селективной эпитаксии для мощных лазеров, когда гетероструктуры можно выращивать на специальным образом подготовленной подложке.
В результате КПД мощных полупроводниковых лазеров первысил 70%, что вдвое эффективнее, чем в случае с твердотельными и волоконными лазерами. Также исследователям удалось получить лазерные импульсы длительностью 100 наносекунд с пиковой мощностью более 1 киловатт с поверхности в доли квадратных сантиметров.
«В мощных лазерах размер элемента и излучающей области должен быть крупнее, чтобы он мог эффективно преобразовывать в свет большое количество энергии. Для того, чтобы понять каким образом на таких больших объёмах происходит рост селективной эпитаксии – мы провели исследования этого процесса и установили закономерности, которые позволяют управлять составами основных конструкционных элементов», – пояснил руководитель Центра физики наногетероструктур ФТИ Никита Пихтин.
Следующим этапом работы станет повышение спектральной яркости лазеров.
