Opracowanie i wdrożenie nowego typu źródła pojedynczych fotonów
Projekt "Zasilane elektrycznie kompaktowe źródła pojedynczych fotonów pracujące w temperaturze pokojowej", był jednym z trzech które otrzymają finansowanie, spośród 74 zgłoszonych do konkursu. Będzie on realizowany przez konsorcjum w skład którego wchodzą Uniwersytet Warszawski (UW), Instytut Wysokich Ciśnień (IWC) PAN i Politechnika Łódzka. Projekt ma na celu opracowanie i wdrożenie nowego typu źródła pojedynczych fotonów, działającego w temperaturze pokojowej, zasilanego elektrycznie. Na realizację projektu konsorcjum otrzymało ponad 12 mln zł.
Wierzymy, że to nowe rozwiązanie znajdzie zastosowanie nie tylko w badaniach naukowych, ale także zostanie wykorzystane jako praktyczne urządzenie w telekomunikacji kwantowej w szczególności do przesyłania kluczy kwantowych
- mówi prof. Tomasz Czyszanowski, kierownik Zespołu Fotoniki w Instytucie Fizyki PŁ.
Jak wyjaśnia profesor obecne komercyjne źródła pojedynczych fotonów wymagają zewnętrznego pobudzenia optycznego realizowanego przez oddzielny laser oraz pracują w niskich temperaturach, przez co muszą być umieszczone w kriostatach.
Nasze urządzenie jest hybrydą łącząca azotkową diodę rezonansową pobudzaną elektrycznie, która emituje niebieskie światło i jest zintegrowana z warstwą o atomowej grubości heksagonalnego azotku boru zawierającą emitery kwantowe. Tak zintegrowany układ pozwoli na emisję pojedynczych fotonów w temperaturze pokojowej, pozwoli na stworzenie kompaktowego urządzenia, eliminując potrzebę laserów pompujących i kriostatów. Dzięki temu źródło będzie miało rozmiary milimetrowe i niskie zapotrzebowanie na energię
- tłumaczy prof. Czyszanowski na czym polega innowacyjność prac zespołu naukowców z Wydziału Fizyki Technicznej, Informatyki i Matematyki Stosowanej PŁ.
Projekt opiera się na wcześniejszych osiągnięciach zespołu UW-IWC PAN, który opracował prototypowe hybrydowe źródła pojedynczych fotonów. Jak powiedział prof. Czyszanowski udział Politechniki Łódzkiej jest związany z projektowaniem struktur rezonansowych pozwalających na zwiększenie efektywności emisji fotonów i możliwości integracji z półprzewodnikową architekturą planarną.
Pierwszy na świecie kwantowo-kaskadowy laser z pionową wnęką rezonansową
Drugi projekt "Quantum-cascade vertical cavity surface emitting laser for gas sensing" z programu współpracy polsko-szwajcarskiej będzie finansowany przez NCBR, a realizowany przez konsorcjum kierowane przez Instytut Fizyki PŁ - lidera, Instytut Mikroelektronik i Fotoniki - Łukasiewicz, Politechnikę Warszawską, Airoptic oraz ETH Zurich.
Prof. Tomasz Czyszanowski, który od kilku lat pracuje nad powstaniem pierwszego na świecie kwantowo-kaskadowego lasera z pionową wnęką rezonansową, tak wyjaśnia konkurencyjność i innowacyjność prowadzonych badań:
Wiele gazów pochłania światło w zakresie średniej podczerwieni , dlatego nowoczesne czujniki optyczne mogą wykrywać je z niezwykłą precyzją. Obecne lasery półprzewodnikowe które są w stanie emitować promieniowanie z zakresu średniej podczerwieni, a zatem największą możliwą długość fali świetlnej emitowanej przez lasery półprzewodnikowe, wykorzystują kwantowo-kaskadowe obszary czynne. Lasery te w porównaniu z innymi laserami półprzewodnikowymi są energochłonne i często trudne do zastosowania w przenośnych urządzeniach.
Nasz projekt dotyczy wykorzystania po raz pierwszy w kontekście tego typu laserów pionowej wnęki rezonansowej. Wykorzystanie takiej architektury wiąże się z niemożliwością uzyskania akcji laserowej w kwantowo-kaskadowych obszarach czynnych, ze względu na specyficzne kwantowe reguły wyboru towarzyszące procesowi emisji fotonów. Nasza koncepcja wskazuje drogę ominięcia tej technicznej trudności, która od 30 lat nie pozwala na miniaturyzację tego typu laserów. Realizacja pierwszego na świecie kwantowo-kaskadowego lasera z pionową wnęką rezonansową pozwala na dokładniejszą i bardziej ekonomiczną detekcję gazów w przemyśle, ochronie środowiska i medycynie.
Nowy laser znajdzie zastosowanie w systemach analizujących skład powietrza, pomagając dbać o zdrowie i bezpieczeństwo ludzi.