Учёные создали систему для генерации и детектирования ультракоротких УФ-С импульсов

Исследователи представили новую платформу, способную генерировать и детектировать экстремально короткие лазерные импульсы в ультрафиолетовом диапазоне C (УФ-С, 100–280 нм). Длительность импульсов составляет менее триллионной доли секунды (фемтосекунды). Технология может стать основой для новых систем связи и визуализации.

Учёные продемонстрировали ультракороткие УФ-С лазерные импульсы, которые длятся менее триллионной доли секунды и могут надёжно детектироваться с помощью ультратонких полупроводниковых сенсоров. Технология была даже использована для передачи сообщений по свободному пространству, намекая на мощные новые системы связи. Credit: Shutterstock

Работа, опубликованная в журнале Light: Science & Applications, была проведена под руководством профессора Амалии Патане (Университет Ноттингема) и профессора Джона Тиша (Имперский колледж Лондона). Система сочетает ультрабыстрый УФ-С лазерный источник с детекторами на основе атомарно тонких (двумерных) полупроводников.

Для генерации импульсов использовались фазово-согласованные нелинейные процессы второго порядка в кристаллах. Детектирование фемтосекундных импульсов при комнатной температуре осуществляется с помощью фотодетекторов на основе селенида галлия (GaSe) и его оксидного слоя (Ga2O3). Все материалы совместимы с масштабируемыми производственными технологиями.

В качестве доказательства концепции исследователи построили систему свободно-пространственной связи, где информация кодировалась в УФ-С лазере источником-передатчиком и успешно декодировалась двумерным полупроводниковым сенсором-приёмником.

«Эта работа впервые объединяет генерацию фемтосекундных УФ-С лазерных импульсов с их быстрым детектированием с помощью 2D полупроводников. Неожиданно новые сенсоры демонстрируют линейный и суперлинейный фототоковый отклик на энергию импульса — крайне желательное свойство, закладывающее основу для УФ-С фотоники, работающей в фемтосекундных масштабах времени», — объясняет профессор Амалия Патане.

Профессор Джон Тиш подчеркнул важность эффективности системы: «Мы использовали фазово-согласованные процессы второго порядка в нелинейных оптических кристаллах для эффективной генерации УФ-С лазерного излучения. Высокая эффективность преобразования знаменует собой важную веху и создаёт основу для дальнейшей оптимизации и миниатюризации системы в компактный УФ-С источник».

Способность генерировать и детектировать фемтосекундные УФ-С импульсы может найти применение в свободно-пространственной связи для автономных систем, широкополосной визуализации и ультрабыстрой спектроскопии.