První polovodičový laser na bázi volných elektronů

Martin Tůma  |  
XFEL

Laser (z anglického Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, tj. ‚zesilování světla stimulovanou emisí záření‘) je dnes naprosto běžnou součástí našich životů, například myš, kterou mám u počítače je vybavena laserem místo zastaralé kuličky, DVD v mechanice je též čteno díky laserovému paprsku. Pro vytvoření laseru, nezávisle na tom, jestli se jedná o nízkovýkonový polovodičový, nebo třeba o kapalinový laser vojenský je důležitá právě ta stimulována emise záření. Většinou se „nadopují“ elektrony zářiče laseru (aktivního prostředí) energií, aby se dostaly na vyšší energetickou hladinu, než je jejich klidová. Při jejich opětovném a hlavně hromadném návratu na původní energii dojde k vyzáření fotonu, u všech takto se vracejících elektronů to bude foton o stejné vlnové délce (laicky řečeno – výsledné světlo bude mít jednu barvu).

Zcela jiný princip ale využívá laser s volným elektronem. Zde je místo aktivního prostředí rezonátor se sinusovým magnetickým polem. Volné elektrony se před vstupem do rezonátoru musí urychlit na rychlost blízkou rychlosti světla a při interakci elektronového paprsku s magnetickým polem dutiny dojde k vyzáření fotonu. Oproti klasickému laseru se FEL (Free elektron laser) dá lépe ladit co se týče výkonu i frekvence vyzařovaného světla, nicméně urychlovač a složitá konstrukce rezonátoru jsou dosti podstatnými nevýhodami pro praktické použití.

Nikolaj Želudev z Univerzity v Southamptonu se svým týmem přišel na způsob, jak se zbavit složité a velké konstrukce rezonátoru. Místo magnetického pole nechávají elektrony reagovat s rozdílnou vodivostí okolního prostředí a tak produkovat fotonu. Do čipu, tvořeného vrstvami zlata a oxidu křemičitého vyvrtali 700nm široký otvor pro elektronový paprsek. Jimi vytvořené zařízení má teoretický výkon 200W na čtverečný centimetr, nicméně kvalita vyzařovaného paprsku je velmi nízká. Žedulev doufá, že se mu podaří efektivitu zvýšit omezením energetických ztrát a pohlcováním světla v materiálu čipu.

Nejčtenější