Исследователи впервые активировали мазер.

Инженеры из Университета Нортумбрии, Института Оптики Париж-Сакле и Имперского колледжа Лондона представили инновационный мазер, созданный на твердотельной основе и функционирующий при комнатной температуре, при этом его питание осуществляется от светодиодов. Разработанное устройство продемонстрировало стабильное усиление сигнала на частоте 1,45 ГГц, что соответствует радиодиапазону, используемому, например, в спутниковых и медицинских технологиях.

Новизна подхода заключается в уникальной схеме освещения. Вместо дорогостоящих лазеров или импульсных ламп, ученые использовали массив из 2120 синих светодиодов, излучение которых направляется в кристалл-усилитель через люминесцентный концентратор на основе Ce:YAG (иттрий-алюминиевого граната, легированного церием). Этот концентратор преобразует синий свет в желто-оранжевый спектр, оптимальный для возбуждения пентацена – органического соединения, выполняющего роль активной среды в мазере.

Благодаря эффективной передаче энергии и резонатору из диэлектрического материала SrTiO3, устройство генерировало микроволновой импульс мощностью 0,014 мВт с продолжительностью до 200 микросекунд. Это в 2,3 раза превышает показатели предыдущих аналогов, работавших на основе импульсных ламп. При этом, новая разработка потребляет меньше энергии, не требует высокого напряжения и обладает потенциалом масштабирования.

Принцип работы мазера основан на усилении, возникающем при переходе возбужденных молекул пентацена между уровнями триплетного спинового состояния, высвобождая при этом кванты микроволнового излучения. Точное соответствие спектра излучения люминесцентного концентратора спектру поглощения пентацена позволило достичь устойчивой инверсии, что является необходимым условием для функционирования устройства.

Данная разработка может найти применение в квантовых сенсорах, портативных атомных часах, доступных устройствах магнитно-резонансной томографии, а также в качестве усилителей сигналов в радиотелескопах. Благодаря использованию светодиодов и относительно простой конструкции, такие мазеры могут стать широко используемыми компонентами в будущих электронных системах.

Исследователи подчеркивают, что текущий прототип имеет потенциал для значительных улучшений, например, уменьшение потерь света, связанных с несовпадением размеров компонентов. В перспективе планируется использование зеркальных отражателей и более мощных LED-модулей для обеспечения непрерывной или более длительной работы мазера.