Исследовательская команда, возглавляемая Princeton University, открыла новый тип лазеров с двумя лучами, который пока никак не объясняется с помощью существующих теорий. При этом второй лазерный луч более мощный, более эффективный и менее чувствительный к изменению температуры, чем основной.

Исследовательская команда, перед открытием второго лазерного луча, работала над квантовым каскадным лазером (Quantum Cascade Laser). Который представляет собой несколько атомных слоёв кремния, расположенных друг над другом. Само по себе устройство очень маленькое: толщиной всего 1/10 человеческого волоса и длиной 3 мм.

Обычные лазеры работают как те, что можно найти в CD и DVD проигрывателях. Через арсенид галия пропускается электрический ток, и когда через него проходит достаточно электричества, электроны переходят в квази-эквилибриумное состояние (quasi-equilibrium state), в котором их квантовые моменты практически равны нолю. И в этом состоянии они начинают испускать лазерный свет в инфракрасном диапазоне.

В 2007 году, когда учёные изучали такое же устройство, но построенное из кремния, а не из арсенида галия, они обнаружили второй лазерный луч с немного меньшей длиной волны. Ни одна из существующих квантовых каскадных теорий лазеров не говорит, что должен быть второй лазерный луч. При этом если основной луч более мощный, то мощность второго луча уменьшается, при уменьшении мощности основного луча, мощность второго луча наоборот растёт. Также второй луч менее чувствителен к изменению температуры и его мощность растёт при увеличении температуры до определённого момента.

Второй лазерный луч оказался более мощным и более эффективным, в отношении затрачиваемой энергии, чем основной. При этом для испускания второго лазерного луча электронам не нужно переходить в квази-эквилибриумное состояние. Второй лазерный луч реабсорбирует (впитывает назад) только 10% выпущеных фотонов, в сравнении с основным, что делает его гораздо более эффективным.

Сейчас этот эффект интенсивно изучается, учёные думают, что новый вид лазеров будет очень полезен для обнаружения паров воды, аммиака, оксидов азота и других газов, которые абсорбируют инфракрасный свет. Эти лазеры со временем смогут найти своё применение в мониторинге воздуха, медицинской диагностике и системах безопасности.

Это исследование спонсируется центром Mid-Infrared Technologies for Health and the Environment (MIRTHE) и National Science Foundation. Также в исследованиях принимают участие Marie Curie Research Training Network и Physics of Intersubband Semiconductor Emitters (POISE) из Европейского Союза.