روسيا.. تطوير أول جهاز ليزر تيراهيرتز كمي متتالي

وأفاد مركز الاتصال العلمي في معهد الفيزياء التقنية بأن تصنيعه سيؤدي إلى تسريع عملية تطوير أنظمة اتصالات لاسلكية جديدة وأجهزة تشخيص طبية وأجهزة استشعار مختلفة تستخدم في الفضاء.

وأوضح رستم خابيبولين رئيس مختبر الليزر المتتالي الكمي أن تطوير أجهزة الليزر الكمية المتتالية مهمة تكنولوجية معقدة للغاية. ويستطيع اليوم عدد قليل من البلدان المتقدمة تقنيا فقط حل هذه المشكلة. وتتطلب جميع مراحل إنشاء أجهزة الليزر هذه طرح "سجلات" خاصة ولا يمكن تحقيقها إلا بوجود خبراء ذوي كفاءات عالية.

وفي السنوات الأخيرة، ابتكر الفيزيائيون العديد من أجهزة الليزر المتتالية الكمية القادرة على إنتاج حزم من موجات تيراهيرتز، لكن معظمها لا يمكنها إنتاج سوى نبضات قصيرة جدا من الإشعاع لأنها تسخن بسرعة إلى درجات حرارة عالية بشكل خطير. وقد طور العلماء الروس تصميما جديدا لمثل هذا الليزر حل مشكلة ارتفاع درجة الحرارة عن طريق تخفيض كثافة التيار الكهربائي أضعافا.

وكما قال العلماء، فقد تمكن الباحثون من تحقيق ذلك بفضل تطبيق فكرة طرحها أحد مؤسسي الإلكترونيات الكمية ألكسندر بروخوروف الذي اقترح عام 1965 استخدام فوتونين وانتقاليين كميين لتوليد إشعاع الليزر، وهو ما يجعل من الممكن نظريا زيادة كفاءة الليزر. وتبين أن وضع هذه الفكرة موضع التنفيذ كان مهمة صعبة للغاية، ولم يتمكن الفيزيائيون الروس من حلها إلا مؤخرا.

وأعاد رستم خابيبولين إلى الأذهان دور العلماء من معهد الفيزياء التقنية، الذين تمكنوا من إنماء 160 وحدة تضخيم الوصلات طبقة تلو الأخرى، وتحتوي كل منها على أربعة آبار كمومية بسمك طبقة من 3 إلى 7 نانومتر، ويتجاوز زمن نمو مثل هذه الهياكل المعقدة 10 ساعات، ومن الضروري خلال هذه الفترة الحفاظ على سمك وتركيب طبقات أشباه الموصلات بدقة 1-2% .

وكما أظهرت التجارب اللاحقة على هياكل زرنيخيد الغاليوم ووأرسينيد الألومنيوم، فإن أشعة الليزر التي أنشأها العلماء كانت قادرة على إنتاج أشعة تيراهيرتز بشكل مستمر بقوة ملي واط على نطاق واسع من الترددات ودرجات الحرارة. وخلص العلماء إلى أن ذلك سيسمح  في المستقبل بتطوير أنواع جديدة من الباعثات للأجهزة الطبية وأنظمة نقل البيانات وأجهزة الاستشعار المختلفة للمسابير والمركبات الفضائية.

يذكر أن جهاز الليزر الكمي المتتالي هو نوع خاص من بواعث الإشعاع المتماسكة التي يتم فيها إنتاج التوهج بسبب التحولات الإلكترونية بين طبقتين من مادتين مختلفتين من أشباه الموصلات ذات خصائص فيزيائية خاصة.

جدير بالذكر أن الفكرة الأولى لتطوير مثل هذا الباعث صاغها الفيزيائيون السوفييت عام 1971.

المصدر: تاس