Квантовая электроника

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.

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

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.

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.

Предложен новый высокоэффективный способ утроения частоты оптических волн на основе каскадной генерации второй гармоники в среде с квадратичной восприимчивостью при учете кубичного отклика среды. Взаимодействия волн основной частоты, второй гармоники и третьей гармоники происходили при большой фазовой расстройке между волнами основной частоты и второй гармоники. В среде, обладающей только квадратичной восприимчивостью, это приводило к появлению отклика среды, подобного отклику, присущему среде с кубичной нелинейностью, знак которой определяется знаком упомянутой фазовой расстройки. Теоретически рассмотрен процесс взаимодействия волн на основе метода многих масштабов (multiscale method). Без использования приближения заданного поля проанализированы режимы конверсии частоты, эволюции интенсивностей и фаз взаимодействующих волн без учета их дисперсии второго порядка и дифракции. Обнаружен бистабильный режим утроения частоты, а также режим полного подавления генерации волны на утроенной частоте и режим подавления действия эффекта Керра. Компьютерное моделирование показало возможность перекачки 98.5 % энергии падающей волны в третью гармонику. Также предложен более простой и физически наглядный (по сравнению с методом многих масштабов) метод анализа каскадных процессов при большой фазовой расстройке между парой взаимодействующих волн.

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.

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.