Усиление звука за счет вынужденного излучения

Усиление звука путем вынужденного излучения ( SASER ) относится к устройству, излучающему акустическое излучение. ^[1] Он фокусирует звуковые волны таким образом, чтобы они могли служить точными и высокоскоростными носителями информации во многих приложениях — аналогично использованию лазерного света. ^{[ нужна ссылка ]}

Акустическое излучение ( звуковые волны используя процесс усиления звука, основанный на вынужденном излучении фононов ) можно излучать , . Звук (или колебания решетки) можно описать фононом точно так же, как свет можно рассматривать как фотоны , и поэтому можно утверждать, что SASER является акустическим аналогом лазера. ^{[ нужна ссылка ]}

В устройстве SASER источник (например, электрическое поле в качестве насоса) производит звуковые волны (колебания решетки, фононы), которые проходят через активную среду. В этой активной среде вынужденное излучение фононов приводит к усилению звуковых волн, в результате чего из устройства выходит звуковой луч. Лучи звуковых волн, излучаемые такими устройствами, обладают высокой когерентностью .

Первые успешные SASER были разработаны в 2009 году. ^[2]^[3]

Терминология

Вместо волны электромагнитного излучения с обратной связью (т. е. лазерного луча) SASER излучает звуковую волну. SASER также может называться фононным лазером , акустическим лазером или звуковым лазером . ^{[ нужна ссылка ]}

Использование и применение

SASER могут иметь широкое применение. Помимо облегчения исследования ультразвука терагерцовой частоты, SASER также, вероятно, найдет применение в оптоэлектронике (электронных устройствах, которые обнаруживают и контролируют свет - как метод передачи сигнала от одного конца к другому, например, волоконной оптики). ), как метод модуляции и/или передачи сигнала. ^[4]

Такие устройства могут быть высокоточными измерительными приборами и способны генерировать звук, сфокусированный на высокой энергии.

Использование SASER для манипулирования электронами внутри полупроводников теоретически может привести к созданию компьютерных процессоров с терагерцовой частотой, намного более быстрых, чем нынешние чипы. ^[5]

История

Эту концепцию можно сделать более понятной, если представить ее по аналогии с теорией лазера. Теодор Мейман запустил первый работающий ЛАЗЕР 16 мая 1960 года в исследовательских лабораториях Хьюза, Малибу, Калифорния. ^[6] Устройством, действующим в соответствии с центральной идеей теории «усиления звука за счет вынужденного излучения», является термоакустический лазер . Это полуоткрытая труба с перепадом тепла через специальный пористый материал, вставленный в трубу. Подобно световому лазеру, термоакустический SASER имеет резонатор с высокой добротностью и использует усиливающую среду для усиления когерентных волн. Для дальнейшего объяснения см. термоакустический тепловой двигатель .

Возможность воздействия фононного лазера была предложена в широком спектре физических систем, таких как наномеханика, полупроводники , наномагнетики и парамагнитные ионы в решетке. ^[7]^[8]

Для разработки SASER потребовался поиск материалов, стимулирующих излучение. Генерация когерентных фононов в двухбарьерной полупроводниковой гетероструктуре была впервые предложена примерно в 1990 году. ^[9] Преобразование электрической потенциальной энергии в колебательную моду решетки существенно облегчается электронным удержанием в двухбарьерной структуре. Исходя из этого, физики искали материалы, в которых доминирующим процессом распада является стимулированное, а не спонтанное излучение. Впервые устройство было экспериментально продемонстрировано в гигагерцовом диапазоне в 2009 году. ^[10]

В 2010 году было объявлено, что две независимые группы разработали два разных устройства, которые производят когерентные фононы на любой частоте в диапазоне от мегагерца до терагерца. В одну группу из Ноттингемского университета входили А. Дж. Кент и его коллеги Р. П. Бердсли, А. В. Акимов, В. Марьям и М. Хенини. Другая группа из Калифорнийского технологического института (Калифорнийский технологический институт) состояла из Ивана С. Грудинина, Хансуека Ли, О. Пейнтера и Керри Дж. Вахала из Калифорнийского технологического института, реализовавших исследование действия фононного лазера в настраиваемой двухуровневой системе. Устройство Ноттингемского университета работает на частоте около 440 ГГц, а устройство Калифорнийского технологического института — в мегагерцовом диапазоне. По словам члена Ноттингемской группы, эти два подхода дополняют друг друга, и должно быть возможно использовать то или иное устройство для создания когерентных фононов на любой частоте в диапазоне от мегагерца до терагерца. ^[11] Значительный результат дает рабочая частота этих устройств. Различия между двумя устройствами позволяют предположить, что SASER можно заставить работать в широком диапазоне частот.

Работы над SASER продолжаются в Ноттингемском университете, Институте физики полупроводников имени Лашкарева Национальной академии наук Украины и Калифорнийском технологическом институте.

В 2023 году исследователи, используя ловушку Пола, уговорили два иона сформировать фононный лазер, содержащий менее 10 фононов, твердо поместив его в квантовый режим, тогда как предыдущие фононные лазеры имели по меньшей мере 10 000 фононов. ^[12]^[13]

Дизайн

Основная идея SASER основана на звуковых волнах. Установка, необходимая для реализации усиления звука путем вынужденного излучения, аналогична генератору. Осциллятор может производить колебания без какого-либо внешнего механизма подачи. Примером может служить обычная система усиления звука с микрофоном, усилителем и динамиком. Когда микрофон находится перед динамиком, мы слышим надоедливый свист. Этот свист генерируется без дополнительного участия источника звука и является самоусиливающимся и самодостаточным, пока микрофон находится где-то перед динамиком. Это явление, известное как эффект Ларсена , является результатом положительной обратной связи.

Следует рассмотреть аналогию между лазером и устройством SASER. Компоненты типичного лазера:
Усиление среднее
Энергия лазерной накачки
Высокий отражатель
Выходной соединитель
Лазерный луч

В общем, каждый генератор состоит из трех основных частей. Это источник питания или насос, усилитель и положительная обратная связь, ведущая к выходному сигналу. Соответствующими частями устройства SASER являются механизм возбуждения или накачки, активная (усиливающая) среда и обратная связь, приводящая к акустическому излучению. Накачку можно осуществлять, например, переменным электрическим полем или некоторыми механическими колебаниями резонаторов. Активная среда должна представлять собой материал, в котором можно вызвать усиление звука. Примером механизма обратной связи с активной средой является существование слоев сверхрешетки , которые отражают фононы обратно и заставляют их многократно отскакивать для усиления звука.

Поэтому, чтобы перейти к пониманию конструкции SASER, необходимо представить ее по аналогии с лазерным устройством. В лазере активная среда размещается между двумя зеркальными поверхностями (отражателями) интерферометра Фабри – Перо . Спонтанно излучаемый фотон внутри этого интерферометра может заставить возбужденные атомы распадаться на фотон той же частоты, того же импульса, той же поляризации и той же фазы. Поскольку импульс (как вектор) фотона почти параллелен осям зеркал, фотоны могут повторять множественные отражения и заставлять все больше и больше фотонов следовать за ними, создавая лавинный эффект. Количество фотонов этого когерентного лазерного луча увеличивается и конкурирует с количеством фотонов, погибших из-за потерь. Основным необходимым условием генерации лазерного излучения является инверсия населенностей , которая может быть достигнута либо путем возбуждения атомов и создания ударных воздействий, либо путем внешнего поглощения излучения. Устройство SASER имитирует эту процедуру, используя источник-накачку для создания звукового пучка фононов. Этот звуковой луч распространяется не в оптическом резонаторе, а в другой активной среде. Примером активной среды является сверхрешетка. Сверхрешетка может состоять из множества ультратонких решеток двух разных полупроводники . Эти два полупроводниковых материала имеют разную ширину запрещенной зоны и образуют квантовые ямы — потенциальные ямы , которые удерживают частицы от перемещения в двух измерениях, а не в трех, заставляя их занимать плоскую область. В сверхрешетке формируется новый набор правил отбора , влияющий на условия течения зарядов через структуру. Когда эта установка возбуждается источником, фононы начинают размножаться, отражаясь от уровней решетки, пока не выходят из структуры решетки в виде фононного пучка сверхвысокой частоты.

А именно, согласованное излучение фононов может привести к когерентному звуку, и примером согласованного излучения фононов является излучение, исходящее из квантовых ям. Это похоже на лазер, где когерентный свет может создаваться за счет согласованного стимулированного излучения света от множества атомов . Устройство SASER преобразует электрическую потенциальную энергию в одну колебательную моду решетки (фонон). ^[14]

Среда, в которой происходит усиление, состоит из стопок тонких слоев полупроводников, которые вместе образуют квантовые ямы. В этих ямах электроны могут возбуждаться ультразвуковыми импульсами с в миллиэлектронвольты энергией . Это количество энергии эквивалентно частоте от 0,1 до 1 ТГц.

Физика

Точно так же, как свет — это волновое движение, которое считается состоящим из частиц, называемых фотонами, мы можем думать о нормальных модах вибрации в твердом теле как о частицах. Квант колебаний решетки называется фононом . В динамике решетки мы хотим найти нормальные формы колебаний кристалла. Другими словами, нам нужно вычислить энергии (или частоты) фононов как функцию их волнового вектора k . Связь между частотой ω и волновым вектором k называется фононной дисперсией.

Свет и звук во многом схожи. Их обоих можно рассматривать в терминах волн, и оба они представлены в квантово-механических единицах. В случае света у нас есть фотоны, а в звуке — фононы. И звук, и свет могут быть произведены как случайные совокупности квантов (например, свет, излучаемый лампочкой) или упорядоченные волны, которые распространяются в скоординированной форме (например, лазерный свет). Этот параллелизм подразумевает, что лазеры должны быть столь же осуществимы со звуком, как и со светом. В 21 веке легко воспроизводить низкочастотный звук в диапазоне, который может слышать человек (~ 20 кГц), как в произвольной, так и в упорядоченной форме. Однако на терагерцовых частотах в режиме применения фононных лазеров возникают большие трудности. Проблема связана с тем, что звук распространяется гораздо медленнее, чем свет. Это означает, что длина волны звука намного короче, чем длина волны света данной частоты. Вместо того, чтобы создавать упорядоченные, когерентные фононы, лазерные структуры, способные производить терагерцовый звук, имеют тенденцию испускать фононы случайным образом. Исследователи решили проблему терагерцовых частот, используя различные подходы. Ученые в Калифорнийский технологический институт преодолел эту проблему, собрав пару микроскопических резонаторов, которые позволяют излучать фононы только определенных частот. Эту систему также можно настроить на излучение фононов разных частот, изменяя относительное расстояние между микрорезонаторами. С другой стороны, группа из Ноттингемского университета применила другой подход. Они построили свое устройство из электронов, движущихся через ряд структур, известных как квантовые ямы. Вкратце, когда электрон перепрыгивает из одной квантовой ямы в соседнюю яму, он производит фонон.

Накачка внешней энергии (например, световым лучом или напряжением) может способствовать возбуждению электрона. Релаксация электрона из одного из верхних состояний может происходить путем испускания как фотона, так и фонона. Это определяется плотностью состояний фононов и фотонов. Плотность состояний — это количество состояний на единицу объема в интервале энергий ( E , E + dE ), которые доступны для занятия электронами . И фононы, и фотоны являются бозонами и, следовательно, подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна . Это означает, что, поскольку бозоны с одинаковой энергией могут занимать одно и то же место в пространстве, фононы и фотоны являются частицами- носителями силы и имеют целые спины. В фононном поле доступно больше разрешенных состояний, чем в фотонном поле. Поэтому, поскольку плотность терминальных состояний в фононном поле превышает плотность в фотонном поле (до ~10 ⁵), эмиссия фононов является гораздо более вероятным событием. ^[15]^[16] Мы могли бы также представить концепцию, в которой возбуждение электрона на короткое время приводит к вибрации решетки и, следовательно, к генерации фононов. Энергия колебаний решетки может принимать дискретные значения для каждого возбуждения. Каждый из этих «пакетов возбуждения» называется фононом. Электрон не остается в возбужденном состоянии слишком долго. Он с готовностью высвобождает энергию, чтобы вернуться в свое стабильное состояние с низкой энергией. Электроны выделяют энергию в любом случайном направлении и в любой момент времени (после их возбуждения). В определенные моменты времени некоторые электроны возбуждаются, а другие теряют энергию таким образом, что средняя энергия системы становится минимально возможной.

Закачивая энергию в систему, мы можем добиться инверсии населенности. Это означает, что в системе имеется больше возбужденных электронов, чем электронов в самом низкоэнергетическом состоянии. Когда электрон высвобождает энергию (например, фонон), он взаимодействует с другим возбужденным электроном, чтобы также высвободить свою энергию. Следовательно, мы имеем вынужденное излучение, то есть одновременно выделяется много энергии (например, акустического излучения, фононов). Можно отметить, что стимулированное излучение — это процедура, при которой одновременно происходит спонтанное и индуцированное излучение. Наведенное излучение возникает в результате процедуры накачки, а затем добавляется к спонтанному излучению.

Устройство SASER должно состоять из насосного механизма и активной среды. Процедура накачки может быть вызвана, например, переменным электрическим полем или некоторыми механическими колебаниями резонаторов с последующим акустическим усилением в активной среде. Тот факт, что SASER работает по принципам, очень похожим на лазер, может привести к более легкому пониманию соответствующих условий эксплуатации. Вместо мощной волны электромагнитного излучения, созданной по принципу обратной связи, SASER создает мощную звуковую волну. К настоящему времени предложены некоторые методы усиления звука в диапазоне ГГц–ТГц. Некоторые из них исследованы лишь теоретически. ^[17]^[18] и другие были исследованы в некогерентных экспериментах.

Отметим, что акустические волны от 100 ГГц до 1 ТГц имеют длины волн в нанометровом диапазоне. Усиление звука согласно эксперименту, проведенному в Ноттингемском университете, может быть основано на индуцированном каскаде электронов в полупроводниковых сверхрешетках . Энергетические уровни электронов заключены в слоях сверхрешетки. Когда электроны прыгают между квантовыми ямами арсенида галлия в сверхрешетке, они испускают фононы. Затем один фонон входной порождает два фонона, выходящих из сверхрешетки. Этот процесс может стимулироваться другими фононами и затем вызывать акустическое усиление. При присоединении электронов образуются коротковолновые (терагерцового диапазона) фононы. Поскольку электроны ограничены квантовыми ямами, существующими внутри решетки, передача их энергии зависит от фононов, которые они генерируют. Когда эти фононы ударяются о другие слои решетки, они возбуждают электроны, которые производят новые фононы, которые возбуждают еще больше электронов и так далее. В конце концов, очень узкий луч высокой частоты ультразвук выходит из устройства. Полупроводниковые сверхрешетки используются в качестве акустических зеркал. Эти сверхрешеточные структуры должны иметь правильный размер в соответствии с теорией многослойного распределенного брэгговского отражателя , аналогично многослойным диэлектрическим зеркалам в оптике.

Предлагаемые схемы и устройства

Базовое понимание разработки SASER требует оценки некоторых предлагаемых примеров устройств SASER и теоретических схем SASER.

Жидкость с пузырьками газа в качестве активной среды.

В предлагаемой теоретической схеме ^[19] активная среда — жидкий диэлектрик (например, обычная дистиллированная вода), в котором дисперсные частицы распределены равномерно. Средства электролиза вызывают появление пузырьков газа, которые служат дисперсными частицами. Волна накачки, возбуждаемая в активной среде, вызывает периодическое изменение объемов дисперсных частиц (пузырьков газа). Поскольку начальное пространственное распределение частиц однородно, волны, излучаемые частицами, складываются с разными фазами и в среднем дают ноль. Тем не менее, если активная среда расположена в резонаторе, то в нем можно возбудить стоячую моду. Затем частицы группируются под действием сил акустического излучения. При этом колебания пузырьков самосинхронизируются и полезная мода усиливается. ^[20]

Сходство этого с лазером на свободных электронах полезно для понимания теоретических концепций схемы. В ЛСЭ электроны движутся через магнитные периодические системы, производящие электромагнитное излучение. ^[21] Излучение электронов первоначально некогерентно, но затем за счет взаимодействия с полезной электромагнитной волной они начинают группироваться по фазе и становятся когерентными. Таким образом, электромагнитное поле усиливается.

Отметим, что в случае пьезоэлектрических излучателей, обычно используемых для генерации ультразвука , излучает только рабочая поверхность и поэтому рабочая система является двумерной. С другой стороны, устройство усиления звука вынужденным излучением является трехмерной системой, поскольку излучает весь объем активной среды.

Газожидкостная смесь активной среды заполняет резонатор. Плотность пузырьков в жидкости изначально распределена в пространстве равномерно. Поскольку волна распространяется в такой среде, волна накачки приводит к появлению дополнительной квазипериодической волны. Эта волна связана с пространственным изменением плотности пузырьков под действием сил радиационного давления. Следовательно, амплитуда волны и плотность пузырьков изменяются медленно по сравнению с периодом колебаний.

В теоретической схеме, где существенно использование резонаторов, излучение SASER проходит через стенки резонатора, перпендикулярные направлению распространения волны накачки. Согласно примеру SASER с электрической накачкой, ^[22] активная среда заключена между двумя плоскостями, определяемыми твердыми стенками резонатора. Тогда излучение распространяется вдоль оси, параллельной плоскости, определяемой двумя стенками резонатора. Статическое электрическое поле, действующее на жидкость с пузырьками газа, приводит к деформации диэлектриков и, следовательно, к изменению объемов частиц. Заметим, что электромагнитные волны в среде распространяются со скоростью, много большей скорости звука в той же среде. Это приводит к предположению, что эффективная волна накачки, действующая на пузырьки, не зависит от пространственных координат. Давление волнового насоса в системе приводит как к появлению обратной волны, так и к динамической неустойчивости системы.

Математический анализ показал, что для начала генерации колебаний необходимо преодолеть два типа потерь. ^[23] Потери первого типа связаны с рассеянием энергии внутри активной среды, а потери второго типа обусловлены потерями на излучение на концах резонатора. Эти виды потерь обратно пропорциональны количеству энергии, запасенной в резонаторе. В общем, несоответствие излучателей не играет роли при любой попытке математического расчета стартовых условий. Основной вклад в усиление полезной моды вносят пузырьки с резонансными частотами, близкими к частоте накачки. Напротив, в обычных лазерах определение стартового давления не зависит от количества излучателей. Полезная мода растет с увеличением числа частиц, но при этом увеличивается звукопоглощение. Оба эти фактора нейтрализуют друг друга. Пузыри играют основную роль в рассеивании энергии в SASER.

Соответствующая предложенная схема усиления звука путем вынужденного излучения с использованием пузырьков газа в качестве активной среды была предложена примерно в 1995 году. ^[24] Накачка создается механическими колебаниями цилиндрического резонатора, а фазовая группировка пузырьков осуществляется силами акустического излучения. Примечательным фактом является то, что пузырьки газа могут колебаться только под внешним воздействием, но не самопроизвольно. Согласно другим предложенным схемам электрострикционные колебания объемов дисперсных частиц в цилиндрическом резонаторе реализуются переменным электромагнитным полем. Однако схема SASER с переменным электрическим полем в качестве накачки имеет ограничение. Для реализации усиления необходима очень большая амплитуда электрического поля (до десятков кВ/см). Такие значения приближаются к интенсивности электрического пробоя жидких диэлектриков. Следовательно, исследование предлагает схему SASER без этого ограничения. Накачка создается радиальными механическими пульсациями цилиндра. В этом цилиндре находится активная среда — жидкий диэлектрик с пузырьками газа. Излучение проходит через грани цилиндра.

Узкозонные непрямые полупроводники и экситоны в связанных квантовых ямах

предложение по созданию фононного лазера на резонансных фононных переходах. Внесено ^[25] из группы Института Спектроскопии в Москве, Россия.Были упомянуты две схемы устойчивой стимулированной генерации фононов. В первой схеме используется узкозонная непрямая полупроводниковая или аналогичная непрямозонная полупроводниковая гетероструктура, где настройка в резонанс однофононного перехода электрон-дырочной рекомбинации может осуществляться внешним давлением, магнитными или электрическими полями. Вторая схема использует однофононный переход между прямыми и непрямыми уровнями экситонов в связанных квантовых ямах . Отметим, что экситон — это электрически нейтральная квазичастица , описывающая элементарное возбуждение конденсированного состояния. Он может транспортировать энергию без передачи чистого электрического заряда. Настройка на резонанс этого перехода может быть осуществлена путем дисперсии непрямого экситона внешними плоскостными магнитными и нормальными электрическими полями.

Предполагается, что величина фононного волнового вектора во второй предложенной схеме определяется величиной плоскостного магнитного поля . Следовательно, такой тип SASER является настраиваемым (т.е. его рабочая длина волны может быть изменена контролируемым образом).

Обычные полупроводниковые лазеры могут быть реализованы только в прямозонных полупроводниках. Причина этого заключается в том, что пара электрона и дырки вблизи минимумов своих зон в непрямозонном полупроводнике может рекомбинировать только с образованием фонона и фотона из-за энергии и импульса законов сохранения . Этот процесс является слабым по сравнению с электрон-дырочной рекомбинацией в прямом полупроводнике. Следовательно, для получения устойчивой лазерной генерации накачка этих переходов должна быть очень интенсивной. Следовательно, лазерный переход с рождением только одной частицы – фотона – должен быть резонансным. Это означает, что законы сохранения импульса и энергии должны позволить лазерному переходу генерироваться в устойчивой форме. Фотоны имеют пренебрежимо малые волновые векторы , и поэтому крайние точки полос должны находиться в том же положении, что и зона Бриллюэна . С другой стороны, для таких устройств, как SASER, акустические фононы имеют значительную дисперсию. По динамике это приводит к утверждению, что уровни, на которых должен работать лазер, должны находиться в k-пространстве относительно друг друга. К-пространство относится к пространству, где все находится в терминах импульса и частота вместо положения и времени. Преобразование между реальным пространством и k-пространством представляет собой математическое преобразование, называемое преобразованием Фурье , и поэтому k-пространство также можно назвать пространством Фурье.

Заметим, что разность энергий фотонных уровней генерации должна быть как минимум меньше дебаевской энергии в полупроводнике. Здесь мы можем думать об энергии Дебая как о максимальной энергии, связанной с колебательными модами решетки. Такие уровни могут быть образованы зонами проводимости и валентной зоной в узкозонных непрямых полупроводниках.

Узкозонный непрямой полупроводник как система SASER

Энергетическая щель в полупроводнике под действием давления или магнитного поля меняется незначительно и поэтому не заслуживает никакого рассмотрения. С другой стороны, в узкозонных полупроводниках это изменение энергии существенно, и поэтому внешнее давление или магнитное поле могут служить цели настройки на резонанс однофононного межзонного перехода. Отметим, что межзонный переход — это переход между зоной проводимости и валентной зоной. Эта схема рассматривает непрямые полупроводники вместо прямых полупроводников. Причина этого кроется в том, что в соответствии с правилом k-отбора в полупроводниках межзонные переходы с рождением только одного фонона могут быть только такими, которые производят оптический фонон. Однако оптические фононы имеют короткое время жизни (они распадаются на две части из-за ангармоничности) и поэтому добавляют некоторые важные осложнения. Здесь можно отметить, что даже в случае многоэтапного процесса создания акустических фононов возможно создание SASER. ^[26]^[27]

Примерами узкозонных непрямых полупроводников, которые можно использовать, являются халькогениды PbTe, PbSe и PbS с шириной запрещенной зоны 0,15 – 0,3 эВ. Для той же схемы более эффективным может оказаться использование полупроводниковой гетероструктуры (слоев разных полупроводников) с узкой непрямой по импульсам щелью между валентной зоной и зоной проводимости. Это могло бы быть более перспективным, поскольку пространственное разделение слоев обеспечивает возможность настройки межзонного перехода в резонанс внешним электрическим полем. Существенным утверждением здесь является то, что предлагаемый фононный лазер может работать только в том случае, если температура намного ниже энергетической щели в полупроводнике.

При анализе этой теоретической схемы из соображений простоты было введено несколько допущений. Метод накачки сохраняет электронейтральность системы, а законы дисперсии электронов и дырок считаются параболическими и изотропными. Также закон дисперсии фононов должен быть линейным и изотропным. ^[29] Поскольку вся система электронейтральна, процесс накачки создает электроны и дырки с одинаковой скоростью. Математический анализ приводит к уравнению для среднего числа электронно-дырочных пар на одну фононную моду в единице объема. Для малого предела потерь это уравнение дает нам довольно умеренную скорость накачки для SASER по сравнению с обычными фононными лазерами на ap-n-переходе.

Перестраиваемый экситонный переход в связанных квантовых ямах

Уже упоминалось, что квантовая яма — это, по сути, потенциальная яма, которая удерживает частицы от перемещения в двух измерениях, а не в трех, заставляя их занимать плоскую область. В связанных квантовых ямах электроны и дырки могут связываться в экситон двумя способами : непрямой экситон и прямой экситон. В непрямом экситоне электроны и дырки находятся в разных квантовых ямах, в отличие от прямого экситона, где электроны и дырки расположены в одной яме. В случае, когда квантовые ямы одинаковы, оба уровня имеют двукратное вырождение. Уровень прямого экситона ниже уровня непрямого экситона из-за большего кулоновского взаимодействия. Кроме того, непрямой экситон имеет электрический дипольный момент, нормальный к связанной квантовой яме, и, таким образом, движущийся непрямой экситон имеет магнитный момент в плоскости, перпендикулярный его скорости. Любое взаимодействие его электрического диполя с нормальным электрическим полем понижает один из подуровней непрямого экситона и в достаточно сильных электрических полях движущийся непрямой экситон становится основным экситонным уровнем. Имея в виду эти процедуры, можно выбрать скорость, обеспечивающую взаимодействие между магнитным диполем и магнитным полем в плоскости. Это смещает минимум закона дисперсии в сторону от зоны излучения. Важность этого заключается в том, что электрические и плоские магнитные поля, нормальные к связанным квантовым ямам, могут контролировать дисперсию непрямого экситона. Для настройки перехода необходимо нормальное электрическое поле: прямой экситон --> непрямой экситон + фонон в резонанс, и его величина может образовывать линейную функцию с величиной магнитного поля в плоскости. Отметим, что математический анализ этой схемы рассматривает продольные акустические (ЛА) фононы вместо поперечных акустических (ТА) фононов. Это направлено на более простые численные оценки. Как правило, предпочтение поперечным акустическим (ТА) фононам лучше, поскольку фононы ТА имеют меньшую энергию и большее время жизни, чем фононы LA. Поэтому их взаимодействие с электронной подсистемой слабое. Кроме того, более простые количественные оценки требуют накачки прямого экситонного уровня лазерным облучением .

Дальнейший анализ схемы может помочь нам установить дифференциальные уравнения для прямых экситонных, непрямых экситонных и фононных мод. Решение этих уравнений дает то, что отдельно фононные и непрямые экситонные моды не имеют определенной фазы и определяется только сумма их фаз. Цель здесь — проверить, может ли работа этой схемы при довольно умеренной скорости накачки противостоять тому факту, что экситоны в связанных квантовых ямах имеют низкую размерность по сравнению с фононами. Следовательно, рассматриваются фононы, не удерживаемые в связанной квантовой яме. Примером являются продольные оптические (LO) фононы, находящиеся в гетероструктуре AlGaAs/GaAs. ^[30] и, таким образом, фононы, представленные в предлагаемой системе, являются трехмерными. ^[31] Различия в размерностях фононов и экситонов приводят к тому, что верхний уровень преобразуется во многие состояния фононного поля. Применяя эту информацию к конкретным уравнениям, мы можем прийти к желаемому результату. дополнительных требований к лазерной накачке нет Несмотря на разницу в размерностях фононов и экситонов, .

Настраиваемая двухуровневая система

Действие фононного лазера было установлено в широком круге физических систем (например, в полупроводниках ). В публикации 2012 года факультета прикладной физики Калифорнийского технологического института ( Калифорнийский технологический институт ) представлена демонстрация сложной системы микрорезонаторов в сочетании с радиочастотным механическим режимом, которая работает по тесной аналогии с двухуровневой лазерной системой. . ^[32]

Эту сложную систему микрополостей можно также назвать « фотонной молекулой ». ^[33]^[34] Гибридизированные орбитали электрической системы заменяются оптическими супермодами этой фотонной молекулы, а переходы между соответствующими им энергетическими уровнями индуцируются фононным полем. В типичных условиях оптических микрорезонаторов фотонная молекула ведет себя как двухуровневая лазерная система. Тем не менее, происходит причудливая инверсия ролей активной среды и мод резонатора (лазерного поля). Среда становится чисто оптической, а лазерное поле создается материалом в виде фононной моды.

Инверсия дает усиление, вызывая действие фононного лазера выше порога мощности накачки около 7 мкВт. Предлагаемое устройство характеризуется плавно настраиваемым спектром усиления , который выборочно усиливает механические моды от радиочастот до микроволновых частот. Рассматриваемая как процесс Бриллюэна, система переходит в режим, в котором фонон играет роль волны Стокса . ^[35] Волна Стокса относится к нелинейной и периодической поверхностной волне в слое невязкой жидкости (предполагается, что идеальная жидкость не имеет вязкости) с постоянной средней глубиной. По этой причине должна быть также обеспечена возможность контролируемого переключения между фононным и фононным режимами лазера.

Сложные оптические системы микрорезонаторов обеспечивают эффективный спектральный контроль. Эти элементы управления влияют как на действие фононного лазера, так и на охлаждение, а также определяют некоторые мелкоотстоящие оптические уровни, энергии перехода которых пропорциональны энергиям фононов . Эти расстояния между уровнями плавно настраиваются путем значительной регулировки оптической связи. Следовательно, усиление и охлаждение происходят вокруг перестраиваемого центра линии, в отличие от некоторых оптомеханических явлений резонатора. Создание этих мелкоотстоящих уровней не требует увеличения оптических размеров микрорезонатора. Следовательно, эти мелкоотстоящие уровни не оказывают существенного влияния на силу оптомеханического взаимодействия. ^[36] В этом подходе используется интермодальная связь, вызванная радиационным давлением. ^[37] а также может обеспечить спектрально-селективное средство обнаружения фононов. Более того, в экспериментах такого рода наблюдаются некоторые свидетельства интермодального охлаждения, и поэтому существует интерес к оптомеханическому охлаждению. ^[38] В целом возможно расширение до многоуровневых систем с использованием нескольких связанных резонаторов.

Двухуровневая система

В двухуровневой системе частицы имеют только два доступных уровня энергии, разделенных некоторой разницей в энергиях: Δ Ε = E ₂ − E ₁ = hv , где ν — частота соответствующей электромагнитной волны испускаемого фотона, а h — частота Постоянная Планка . Также обратите E2 _: > E1 _{внимание} . Эти два уровня представляют собой возбужденное (верхнее) и основное (нижнее) состояния. Когда частица в верхнем состоянии взаимодействует с фотоном, соответствующим энергетическому разделению уровней, частица может распасться, испуская другой фотон с той же фазой и частотой, что и падающий фотон. Следовательно, накачивая энергию в систему, мы можем добиться стимулированного излучения — это означает, что накачка заставляет систему выделять большое количество энергии в определенное время. Фундаментальная характеристика генерации, такая как инверсия населенностей, фактически невозможна в двухуровневой системе, и поэтому двухуровневый лазер невозможен. В двухуровневом атоме накачкой является своего рода сам лазер.

Когерентное терагерцовое усиление в сверхрешетке лестницы Штарка

усиление когерентного терагерцового звука в лестничной сверхрешетке Ванье – Старка. Согласно статье, в 2009 году было достигнуто ^[39] публикация Школы физики и астрономии Ноттингемского университета . Эффект Ванье – Штарка существует в сверхрешетках. Электронные состояния в квантовых ямах чувствительно реагируют на умеренные электрические поля либо за счет квантово-ограниченного эффекта Штарка в случае широких барьеров, либо за счет локализации Ванье-Штарка в случае сверхрешетки. Оба эффекта приводят к большим изменениям оптических свойств вблизи края поглощения, которые полезны для модуляции интенсивности и оптического переключения. А именно, с математической точки зрения, если к сверхрешетке приложено электрическое поле, соответствующий гамильтониан обнаруживает дополнительный скалярный потенциал. Если собственное состояние существует, то состояния, соответствующие волновым функциям, также являются собственными состояниями гамильтониана. Эти состояния одинаково разнесены как в энергетическом, так и в реальном пространстве и образуют так называемую лестницу Ванье–Старка. ^[40]^[41]

В предлагаемой схеме приложение электрического смещения к полупроводниковой сверхрешетке приводит к увеличению амплитуды когерентных свернутых фононов, генерируемых оптическим импульсом. Такое увеличение амплитуды наблюдается для тех смещений, при которых падение энергии за период сверхрешетки превышает энергию фононов . Если сверхрешетка смещена так, что падение энергии за период сверхрешетки превышает ширину электронных минизон (режим Ванье – Штарка), электроны локализуются в квантовых ямах, и вертикальный транспорт электронов происходит путем прыжков между соседними квантовыми ямами, что может иметь фононную поддержку. ^[42] Как было показано ранее, в этих условиях стимулированное фононное излучение может стать доминирующим фононным процессом надежды для фононов с энергией, близкой к штарковскому расщеплению. ^[43] Таким образом, в системе такого типа теоретически возможно когерентное фононное усиление. Вместе с увеличением амплитуды спектр колебаний, индуцированных смещением, уже, чем спектр когерентных фононов при нулевом смещении. Это показывает, что в структуре при электрической накачке происходит когерентное усиление фононов за счет вынужденного излучения.

Напряжение смещения прикладывается к слабосвязанной n-легированной сверхрешетке GaAs/AlAs и увеличивает амплитуду когерентных гиперзвуковых колебаний, генерируемых фемтосекундным оптическим импульсом. ^[44] Появляются доказательства усиления гиперзвука за счет вынужденного излучения фононов в системе, где существует инверсия населенностей электронов для переходов с участием фононов. Об этом свидетельствует вызванное смещением увеличение амплитуды и экспериментальное наблюдательное сужение спектра фононной моды сверхрешетки с частотой 441 ГГц.

Основная цель экспериментов этого типа — выявить вероятность реализации когерентного усиления ТГц звука. ТГц-стимулированные фононные переходы между состояниями электронной сверхрешетки приводят к этому когерентному усилению при обработке инверсии населенностей .

Это достижение усиления ТГц звука стало важным шагом на пути когерентной генерации («сасинга») ТГц звука и других активных гиперзвуковых устройств. Как правило, в устройстве, в котором достигается порог «сасинга», метод, описанный в предлагаемой схеме, может использоваться для измерения времени когерентности излучаемого гиперзвука.

См. также

Ссылки и примечания

^ Уотсон, Эндрю (27 марта 1999 г.). «Накачать громкость» . Новый учёный : 36–41 . Проверено 19 февраля 2016 г. То, что лазеры делают со светом, сазеры обещают сделать со звуком.
^ «СтекПуть» .
^ «Самый мощный «звуковой лазер», способный потрясти акустику» .
^ Фил Шве; Бен Стейн. «Новый вид акустического лазера» . Обновление новостей физики . Американский институт физики (AIP). Архивировано из оригинала 25 июня 2006 года . Проверено 29 сентября 2006 г.
^ Дарио Боргино (23 июня 2009 г.). «Звуковой лазер может стать ключом к управлению наночастицами» . Проверено 30 января 2013 г.
^ Майман, TH (1960). «Стимулированное оптическое излучение в рубине». Природа . 187 (4736). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 493–494. Бибкод : 1960Natur.187..493M . дои : 10.1038/187493a0 . ISSN 0028-0836 . S2CID 4224209 .
^ Валлентовиц, С.; Фогель, В.; Симерс, И.; Тошек, ЧП (1 июля 1996 г.). «Усиление колебаний путем вынужденного излучения». Физический обзор А. 54 (1). Американское физическое общество (APS): 943–946. Бибкод : 1996PhRvA..54..943W . дои : 10.1103/physreva.54.943 . ISSN 1050-2947 . ПМИД 9913552 .
^ Кэмпс, И.; Маклер, СС; Паставски, Х.М.; Фоа Торрес, ЛЕФ (10 сентября 2001 г.). «GaAs-Al _x Ga _1-x As двухбарьерный фононный лазер с гетероструктурой: полное квантовое лечение». Физический обзор B . 64 (12): 125311. arXiv : cond-mat/0101043 . Бибкод : 2001PhRvB..64l5311C . дои : 10.1103/physrevb.64.125311 . ISSN 0163-1829 .
^ Анда, Э.В.; Маклер, СС; Паставски, Х.М.; Баррера, Р.Г. (1994). «Электронно-фононное влияние на транспорт в мезоскопических гетероструктурах» (PDF) . Бразильский физический журнал . 24 (1): 330.
↑ Звуковые лазеры — выстрел, услышанный во всем мире . Новости CNET.com . Кэндис Ломбарди | 18 июня 2009 г., 9:02 по тихоокеанскому времени; получено 29 декабря 2012 г. ^{[ мертвая ссылка ]}
↑ PhysicsWorld News: Приветствуем первые звуковые «лазеры» , 25 февраля 2010 г.; получено 29 декабря 2012 г. ^{[ мертвая ссылка ]}
^ Берле, Т.; Нгуен, Т.Л.; Райтер, Ф.; Баур, Д.; де Нив, Б.; Стадлер, М.; Маринелли, М.; Ланчеллотти, Ф.; Елин, С.Ф.; Хоум, JP (28 июля 2023 г.). «Фононный лазер в квантовом режиме» . Письма о физических отзывах . 131 (4): 043605. arXiv : 2301.08156 . doi : 10.1103/PhysRevLett.131.043605 .
^ Маккормик, Кэти (28 июля 2023 г.). «Два атома вибрируют как лазер» . Физика . 16 : 130. arXiv : 2301.08156 . doi : 10.1103/PhysRevLett.131.043605 .
^ А.Уотсон, New Sci. 161| 1999.
^ Брон, МЫ; Гриль, В. (29 мая 1978 г.). «Стимулированное фононное излучение». Письма о физических отзывах . 40 (22). Американское физическое общество (APS): 1459–1463. Бибкод : 1978PhRvL..40.1459B . дои : 10.1103/physrevlett.40.1459 . ISSN 0031-9007 .
^ Б. А. Главин, В. А. Кочелап, Т. Л. Линник, П. Уокер, А. Кент и М. Хенини, Физический журнал, кон. серия 92, ФОНОНЫ 012010, дои : 10.1088/1742-6596/92/1/012010 (2007)
^ Комиренко С.М.; Ким, КВ; Демиденко А.А.; Кочелап, Вирджиния; Строшио, Массачусетс (15 сентября 2000 г.). «Генерация и усиление когерентных акустических фононов субТГц при дрейфе двумерных электронов». Физический обзор B . 62 (11). Американское физическое общество (APS): 7459–7469. Бибкод : 2000PhRvB..62.7459K . дои : 10.1103/physrevb.62.7459 . ISSN 0163-1829 .
^ Маклер, Серджио С; Василевский, М.И.; Анда, Э.В.; Туярот, Делавэр; Вебершпиль, Дж; Паставски, Х.М. (6 июля 1998 г.). «Источник терагерцовых когерентных фононов». Физический журнал: конденсированное вещество . 10 (26). Издательство ИОП: 5905–5921. Бибкод : 1998JPCM...10.5905M . дои : 10.1088/0953-8984/26.10.017 . hdl : 1822/5462 . ISSN 0953-8984 . S2CID 250866121 .
^ S.T. Zavtrak and I. V. Volkov, Zh. Tekh. Fiz. 67, 92−100(April 1997)
↑ К. А. Наугольных, Л. А. Островский, Нелинейные процессы в акустике , Наука, Москва, (1990).
^ TC Маршалл, Лазеры на свободных электронах , Макмиллан, Нью-Йорк (1985)
^ Л. Д. Ландау и Е. М. Лифшиц, Электродинамика непрерывных сред , Pergamon Press, NY Russian Original, Наука, Москва (1982).
^ GS Kino, Акустические волны: устройства, формирование изображений и обработка аналоговых сигналов , Прентис-Холл, Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси (1987)
^ Завтрак, СТ; Волков, ИВ (1996). «Усиление звука вынужденным излучением (Сазер) с цилиндрическим резонатором». Ультразвук . 34 (6). Эльзевир Б.В.: 691–694. дои : 10.1016/0041-624x(96)00060-1 . ISSN 0041-624X .
^ Лозовик Ю.Е.; Меркулова, ИП; Овчинников, ИВ (2001). «Sasers: резонансные переходы в узкозонных полупроводниках и в экситонной системе в связанных квантовых ямах». Буквы по физике А. 282 (6). Эльзевир Б.В.: 407–414. Бибкод : 2001PhLA..282..407L . дои : 10.1016/s0375-9601(01)00203-1 . ISSN 0375-9601 .
^ Маклер, Серджио С; Кэмпс, я; Вебершпиль, Хосе; Туярот, Диана Э (15 марта 2000 г.). «Двухбарьерный гетероструктурный генератор терагерцовых фононов: эффекты многих тел». Физический журнал: конденсированное вещество . 12 (13). Издательство ИОП: 3149–3172. Бибкод : 2000JPCM...12.3149M . дои : 10.1088/0953-8984/13.12.322 . ISSN 0953-8984 . S2CID 250835827 .
^ Фоккер, Пенсильвания; Мельцер, РС; Ван, Ю.П.; Дейхуис, Дж.И.; де Вейн, HW (1 февраля 1997 г.). «Подавление вынужденного излучения фононов в рубине градиентом магнитного поля». Физический обзор B . 55 (5). Американское физическое общество (APS): 2934–2937. Бибкод : 1997PhRvB..55.2934F . дои : 10.1103/physrevb.55.2934 . ISSN 0163-1829 .
^ Питер Ю. Ю, Мануэль Кардона, Основы полупроводников: физика и свойства материалов (2010)
^ Бутов Л.В.; Минцев А.В.; Лозовик, Ю. Э.; Кэмпман, КЛ; Госсард, AC (15 июля 2000 г.). «От пространственно непрямых экситонов к непрямым экситонам в импульсном пространстве с помощью плоскостного магнитного поля». Физический обзор B . 62 (3): 1548–1551. arXiv : cond-mat/9912242 . Бибкод : 2000PhRvB..62.1548B . дои : 10.1103/physrevb.62.1548 . ISSN 0163-1829 . S2CID 33874190 .
^ Джейкоб, Дж. М.; Ким, Д.С.; Бучалха, А.; Сонг, Джей-Джей; Клем, Дж. Ф.; Хоу, Х.; Ту, CW; Моркоч, Х. (1994). «Пространственные характеристики GaAs, GaAs-подобных и AlAs-подобных LO-фононов в сверхрешетках GaAs/Al _x Ga _1−x As: сильная зависимость от x». Твердотельные коммуникации . 91 (9). Эльзевир Б.В.: 721–724. Бибкод : 1994SSCom..91..721J . дои : 10.1016/0038-1098(94)00452-8 . ISSN 0038-1098 .
^ Лозовик, Ю. Э.; Овчинников, ИВ (2000). «Фононный лазер и технология непрямой дисперсии экситонов». Журнал экспериментальной и теоретической физики . 72 (8). Издательство Плеяды: 431–435. Бибкод : 2000JETPL..72..431L . дои : 10.1134/1.1335123 . ISSN 0021-3640 . S2CID 123689344 .
^ Грудинин Иван С.; Ли, Хансуек; Художник, О.; Вахала, Керри Дж. (22 февраля 2010 г.). «Действие фононного лазера в настраиваемой двухуровневой системе» (PDF) . Письма о физических отзывах . 104 (8). Американское физическое общество (APS): 083901. arXiv : 0907.5212 . Бибкод : 2010PhRvL.104h3901G . дои : 10.1103/physrevlett.104.083901 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 20366930 . S2CID 769563 .
^ Байер, М.; Гутброд, Т.; Райтмайер, JP; Форшель, А.; Райнеке, ТЛ; и др. (21 сентября 1998 г.). «Оптические моды в фотонных молекулах». Письма о физических отзывах . 81 (12). Американское физическое общество (APS): 2582–2585. Бибкод : 1998PhRvL..81.2582B . дои : 10.1103/physrevlett.81.2582 . ISSN 0031-9007 .
^ Барнс, доктор медицины; Махурин С.М.; Мехта, А.; Самптер, Б.Г.; Нойд, Д.В. (21 декабря 2001 г.). «Трехмерные фотонные «молекулы» из последовательно присоединенных микрочастиц полимерной смеси». Письма о физических отзывах . 88 (1). Американское физическое общество (APS): 015508. Бибкод : 2001PhRvL..88a5508B . doi : 10.1103/physrevlett.88.015508 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 11800967 .
^ Шен, Ю.Р.; Блумберген, Н. (15 марта 1965 г.). «Теория вынужденного рассеяния Бриллюэна и комбинационного рассеяния света». Физический обзор . 137 (6А). Американское физическое общество (APS): A1787–A1805. Бибкод : 1965PhRv..137.1787S . дои : 10.1103/physrev.137.a1787 . ISSN 0031-899X .
^ Добриндт, Дж. М.; Киппенберг, Ти Джей (19 января 2010 г.). «Теоретический анализ измерения механического смещения с использованием многорезонаторного преобразователя». Письма о физических отзывах . 104 (3). Американское физическое общество (APS): 033901. arXiv : 0903.1013 . Бибкод : 2010PhRvL.104c3901D . дои : 10.1103/physrevlett.104.033901 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 20366641 . S2CID 26493365 .
^ Брагинский В.Б.; Стригин, ГП; Вятчанин, СП (2001). «Параметрическая колебательная неустойчивость в интерферометре Фабри – Перо». Буквы по физике А. 287 (5–6). Эльзевир Б.В.: 331–338. arXiv : gr-qc/0107079 . Бибкод : 2001PhLA..287..331B . дои : 10.1016/s0375-9601(01)00510-2 . ISSN 0375-9601 . S2CID 118870429 .
^ Киппенберг, Ти Джей; Вахала, Кей Джей (29 августа 2008 г.). «Оптомеханика полостей: обратное действие на мезомасштабе». Наука . 321 (5893). Американская ассоциация содействия развитию науки (AAAS): 1172–1176. Бибкод : 2008Sci...321.1172K . дои : 10.1126/science.1156032 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 18755966 . S2CID 4620490 .
^ Бердсли, Р.П.; Акимов А.В.; Хенини, М.; Кент, Эй Джей (22 февраля 2010 г.). «Когерентное усиление терагерцового звука и сужение спектральной линии в сверхрешетке лестницы Старка». Письма о физических отзывах . 104 (8). Американское физическое общество (APS): 085501. Бибкод : 2010PhRvL.104h5501B . doi : 10.1103/physrevlett.104.085501 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 20366943 .
^ Главин, Б.А.; Кочелап, Вирджиния; Линник, ТЛ; Ким, КВ; Строшио, Массачусетс (30 января 2002 г.). «Генерация высокочастотных когерентных акустических фононов в сверхрешетках при прыжковом транспорте. I. Линейная теория фононной неустойчивости». Физический обзор B . 65 (8). Американское физическое общество (APS): 085303. Бибкод : 2002PhRvB..65h5303G . дои : 10.1103/physrevb.65.085303 . ISSN 0163-1829 .
^ Главин, Б.А.; Кочелап, Вирджиния; Линник, ТЛ (7 июня 1999 г.). «Генерация высокочастотных когерентных акустических фононов в слабосвязанной сверхрешетке». Письма по прикладной физике . 74 (23). Издательство AIP: 3525–3527. Бибкод : 1999ApPhL..74.3525G . дои : 10.1063/1.124149 . ISSN 0003-6951 .
^ Цу, Р.; Дёлер, Г. (15 июля 1975 г.). «Скачковая проводимость в «сверхрешетке» ». Физический обзор B . 12 (2). Американское физическое общество (APS): 680–686. Бибкод : 1975PhRvB..12..680T . дои : 10.1103/physrevb.12.680 . ISSN 0556-2805 .
^ Кини, Р.Н.; Кент, Эй Джей; Стэнтон, Нью-Мексико; Хенини, М. (2005). «Угловая зависимость туннелирования с помощью акустических фононов в слабосвязанной сверхрешетке: свидетельства усиления терагерцовых фононов». Журнал прикладной физики . 98 (3). Издательство АИП: 033514–033514–5. Бибкод : 2005JAP....98c3514K . дои : 10.1063/1.1989435 . ISSN 0021-8979 .
^ Макарона, Э.; Дейли, Б.; Им, Ж.-С.; Марис, Х.; Нурмикко А.; Хан, Юнг (07 октября 2002 г.). «Когерентная генерация акустических фононов частотой 100 ГГц путем динамического экранирования пьезоэлектрических полей в многослойных слоях AlGaN/GaN». Письма по прикладной физике . 81 (15). Издательство АИП: 2791–2793. Бибкод : 2002АпФЛ..81.2791М . дои : 10.1063/1.1512821 . ISSN 0003-6951 .

Дополнительная литература и работы, упомянутые

Б. А. Главин, В. А. Кочелап, Т. Л. Линник, П. Уокер, А. Дж. Кент и М. Хенини, Монохроматическое терагерцовое акустическое фононное излучение из пьезоэлектрических сверхрешеток, Журнал. Физ. CS 92 (2007).
К. Вахала, М. Херрманн, С. Кнунц, В. Баттейгер, Г. Саатхофф, Т.В. Ханш и Т. Удем, Фононный лазер
Фил Шве; Бен Стейн. «Новый вид акустического лазера» . Обновление новостей физики . Американский институт физики (AIP). Архивировано из оригинала 25 июня 2006 года . Проверено 29 сентября 2006 г.

[Watson-1] Уотсон, Эндрю (27 марта 1999 г.). «Накачать громкость» . Новый учёный : 36–41 . Проверено 19 февраля 2016 г. То, что лазеры делают со светом, сазеры обещают сделать со звуком.

[2] «СтекПуть» .

[3] «Самый мощный «звуковой лазер», способный потрясти акустику» .

[4] Фил Шве; Бен Стейн. «Новый вид акустического лазера» . Обновление новостей физики . Американский институт физики (AIP). Архивировано из оригинала 25 июня 2006 года . Проверено 29 сентября 2006 г.

[5] Дарио Боргино (23 июня 2009 г.). «Звуковой лазер может стать ключом к управлению наночастицами» . Проверено 30 января 2013 г.

[6] Майман, TH (1960). «Стимулированное оптическое излучение в рубине». Природа . 187 (4736). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 493–494. Бибкод : 1960Natur.187..493M . дои : 10.1038/187493a0 . ISSN 0028-0836 . S2CID 4224209 .

[7] Валлентовиц, С.; Фогель, В.; Симерс, И.; Тошек, ЧП (1 июля 1996 г.). «Усиление колебаний путем вынужденного излучения». Физический обзор А. 54 (1). Американское физическое общество (APS): 943–946. Бибкод : 1996PhRvA..54..943W . дои : 10.1103/physreva.54.943 . ISSN 1050-2947 . ПМИД 9913552 .

[8] Кэмпс, И.; Маклер, СС; Паставски, Х.М.; Фоа Торрес, ЛЕФ (10 сентября 2001 г.). «GaAs-Al _x Ga _1-x As двухбарьерный фононный лазер с гетероструктурой: полное квантовое лечение». Физический обзор B . 64 (12): 125311. arXiv : cond-mat/0101043 . Бибкод : 2001PhRvB..64l5311C . дои : 10.1103/physrevb.64.125311 . ISSN 0163-1829 .

[9] Анда, Э.В.; Маклер, СС; Паставски, Х.М.; Баррера, Р.Г. (1994). «Электронно-фононное влияние на транспорт в мезоскопических гетероструктурах» (PDF) . Бразильский физический журнал . 24 (1): 330.

[10] Звуковые лазеры — выстрел, услышанный во всем мире . Новости CNET.com . Кэндис Ломбарди | 18 июня 2009 г., 9:02 по тихоокеанскому времени; получено 29 декабря 2012 г. ^{[ мертвая ссылка ]}

[11] PhysicsWorld News: Приветствуем первые звуковые «лазеры» , 25 февраля 2010 г.; получено 29 декабря 2012 г. ^{[ мертвая ссылка ]}

[12] Берле, Т.; Нгуен, Т.Л.; Райтер, Ф.; Баур, Д.; де Нив, Б.; Стадлер, М.; Маринелли, М.; Ланчеллотти, Ф.; Елин, С.Ф.; Хоум, JP (28 июля 2023 г.). «Фононный лазер в квантовом режиме» . Письма о физических отзывах . 131 (4): 043605. arXiv : 2301.08156 . doi : 10.1103/PhysRevLett.131.043605 .

[13] Маккормик, Кэти (28 июля 2023 г.). «Два атома вибрируют как лазер» . Физика . 16 : 130. arXiv : 2301.08156 . doi : 10.1103/PhysRevLett.131.043605 .

[14] А.Уотсон, New Sci. 161| 1999.

[15] Брон, МЫ; Гриль, В. (29 мая 1978 г.). «Стимулированное фононное излучение». Письма о физических отзывах . 40 (22). Американское физическое общество (APS): 1459–1463. Бибкод : 1978PhRvL..40.1459B . дои : 10.1103/physrevlett.40.1459 . ISSN 0031-9007 .

[16] Б. А. Главин, В. А. Кочелап, Т. Л. Линник, П. Уокер, А. Кент и М. Хенини, Физический журнал, кон. серия 92, ФОНОНЫ 012010, дои : 10.1088/1742-6596/92/1/012010 (2007)

[17] Комиренко С.М.; Ким, КВ; Демиденко А.А.; Кочелап, Вирджиния; Строшио, Массачусетс (15 сентября 2000 г.). «Генерация и усиление когерентных акустических фононов субТГц при дрейфе двумерных электронов». Физический обзор B . 62 (11). Американское физическое общество (APS): 7459–7469. Бибкод : 2000PhRvB..62.7459K . дои : 10.1103/physrevb.62.7459 . ISSN 0163-1829 .

[18] Маклер, Серджио С; Василевский, М.И.; Анда, Э.В.; Туярот, Делавэр; Вебершпиль, Дж; Паставски, Х.М. (6 июля 1998 г.). «Источник терагерцовых когерентных фононов». Физический журнал: конденсированное вещество . 10 (26). Издательство ИОП: 5905–5921. Бибкод : 1998JPCM...10.5905M . дои : 10.1088/0953-8984/26.10.017 . hdl : 1822/5462 . ISSN 0953-8984 . S2CID 250866121 .

[19] S.T. Zavtrak and I. V. Volkov, Zh. Tekh. Fiz. 67, 92−100(April 1997)

[20] К. А. Наугольных, Л. А. Островский, Нелинейные процессы в акустике , Наука, Москва, (1990).

[21] TC Маршалл, Лазеры на свободных электронах , Макмиллан, Нью-Йорк (1985)

[22] Л. Д. Ландау и Е. М. Лифшиц, Электродинамика непрерывных сред , Pergamon Press, NY Russian Original, Наука, Москва (1982).

[23] GS Kino, Акустические волны: устройства, формирование изображений и обработка аналоговых сигналов , Прентис-Холл, Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси (1987)

[24] Завтрак, СТ; Волков, ИВ (1996). «Усиление звука вынужденным излучением (Сазер) с цилиндрическим резонатором». Ультразвук . 34 (6). Эльзевир Б.В.: 691–694. дои : 10.1016/0041-624x(96)00060-1 . ISSN 0041-624X .

[25] Лозовик Ю.Е.; Меркулова, ИП; Овчинников, ИВ (2001). «Sasers: резонансные переходы в узкозонных полупроводниках и в экситонной системе в связанных квантовых ямах». Буквы по физике А. 282 (6). Эльзевир Б.В.: 407–414. Бибкод : 2001PhLA..282..407L . дои : 10.1016/s0375-9601(01)00203-1 . ISSN 0375-9601 .

[26] Маклер, Серджио С; Кэмпс, я; Вебершпиль, Хосе; Туярот, Диана Э (15 марта 2000 г.). «Двухбарьерный гетероструктурный генератор терагерцовых фононов: эффекты многих тел». Физический журнал: конденсированное вещество . 12 (13). Издательство ИОП: 3149–3172. Бибкод : 2000JPCM...12.3149M . дои : 10.1088/0953-8984/13.12.322 . ISSN 0953-8984 . S2CID 250835827 .

[27] Фоккер, Пенсильвания; Мельцер, РС; Ван, Ю.П.; Дейхуис, Дж.И.; де Вейн, HW (1 февраля 1997 г.). «Подавление вынужденного излучения фононов в рубине градиентом магнитного поля». Физический обзор B . 55 (5). Американское физическое общество (APS): 2934–2937. Бибкод : 1997PhRvB..55.2934F . дои : 10.1103/physrevb.55.2934 . ISSN 0163-1829 .

[28] Питер Ю. Ю, Мануэль Кардона, Основы полупроводников: физика и свойства материалов (2010)

[29] Бутов Л.В.; Минцев А.В.; Лозовик, Ю. Э.; Кэмпман, КЛ; Госсард, AC (15 июля 2000 г.). «От пространственно непрямых экситонов к непрямым экситонам в импульсном пространстве с помощью плоскостного магнитного поля». Физический обзор B . 62 (3): 1548–1551. arXiv : cond-mat/9912242 . Бибкод : 2000PhRvB..62.1548B . дои : 10.1103/physrevb.62.1548 . ISSN 0163-1829 . S2CID 33874190 .

[30] Джейкоб, Дж. М.; Ким, Д.С.; Бучалха, А.; Сонг, Джей-Джей; Клем, Дж. Ф.; Хоу, Х.; Ту, CW; Моркоч, Х. (1994). «Пространственные характеристики GaAs, GaAs-подобных и AlAs-подобных LO-фононов в сверхрешетках GaAs/Al _x Ga _1−x As: сильная зависимость от x». Твердотельные коммуникации . 91 (9). Эльзевир Б.В.: 721–724. Бибкод : 1994SSCom..91..721J . дои : 10.1016/0038-1098(94)00452-8 . ISSN 0038-1098 .

[31] Лозовик, Ю. Э.; Овчинников, ИВ (2000). «Фононный лазер и технология непрямой дисперсии экситонов». Журнал экспериментальной и теоретической физики . 72 (8). Издательство Плеяды: 431–435. Бибкод : 2000JETPL..72..431L . дои : 10.1134/1.1335123 . ISSN 0021-3640 . S2CID 123689344 .

[32] Грудинин Иван С.; Ли, Хансуек; Художник, О.; Вахала, Керри Дж. (22 февраля 2010 г.). «Действие фононного лазера в настраиваемой двухуровневой системе» (PDF) . Письма о физических отзывах . 104 (8). Американское физическое общество (APS): 083901. arXiv : 0907.5212 . Бибкод : 2010PhRvL.104h3901G . дои : 10.1103/physrevlett.104.083901 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 20366930 . S2CID 769563 .

[33] Байер, М.; Гутброд, Т.; Райтмайер, JP; Форшель, А.; Райнеке, ТЛ; и др. (21 сентября 1998 г.). «Оптические моды в фотонных молекулах». Письма о физических отзывах . 81 (12). Американское физическое общество (APS): 2582–2585. Бибкод : 1998PhRvL..81.2582B . дои : 10.1103/physrevlett.81.2582 . ISSN 0031-9007 .

[34] Барнс, доктор медицины; Махурин С.М.; Мехта, А.; Самптер, Б.Г.; Нойд, Д.В. (21 декабря 2001 г.). «Трехмерные фотонные «молекулы» из последовательно присоединенных микрочастиц полимерной смеси». Письма о физических отзывах . 88 (1). Американское физическое общество (APS): 015508. Бибкод : 2001PhRvL..88a5508B . doi : 10.1103/physrevlett.88.015508 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 11800967 .

[35] Шен, Ю.Р.; Блумберген, Н. (15 марта 1965 г.). «Теория вынужденного рассеяния Бриллюэна и комбинационного рассеяния света». Физический обзор . 137 (6А). Американское физическое общество (APS): A1787–A1805. Бибкод : 1965PhRv..137.1787S . дои : 10.1103/physrev.137.a1787 . ISSN 0031-899X .

[36] Добриндт, Дж. М.; Киппенберг, Ти Джей (19 января 2010 г.). «Теоретический анализ измерения механического смещения с использованием многорезонаторного преобразователя». Письма о физических отзывах . 104 (3). Американское физическое общество (APS): 033901. arXiv : 0903.1013 . Бибкод : 2010PhRvL.104c3901D . дои : 10.1103/physrevlett.104.033901 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 20366641 . S2CID 26493365 .

[37] Брагинский В.Б.; Стригин, ГП; Вятчанин, СП (2001). «Параметрическая колебательная неустойчивость в интерферометре Фабри – Перо». Буквы по физике А. 287 (5–6). Эльзевир Б.В.: 331–338. arXiv : gr-qc/0107079 . Бибкод : 2001PhLA..287..331B . дои : 10.1016/s0375-9601(01)00510-2 . ISSN 0375-9601 . S2CID 118870429 .

[38] Киппенберг, Ти Джей; Вахала, Кей Джей (29 августа 2008 г.). «Оптомеханика полостей: обратное действие на мезомасштабе». Наука . 321 (5893). Американская ассоциация содействия развитию науки (AAAS): 1172–1176. Бибкод : 2008Sci...321.1172K . дои : 10.1126/science.1156032 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 18755966 . S2CID 4620490 .

[39] Бердсли, Р.П.; Акимов А.В.; Хенини, М.; Кент, Эй Джей (22 февраля 2010 г.). «Когерентное усиление терагерцового звука и сужение спектральной линии в сверхрешетке лестницы Старка». Письма о физических отзывах . 104 (8). Американское физическое общество (APS): 085501. Бибкод : 2010PhRvL.104h5501B . doi : 10.1103/physrevlett.104.085501 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 20366943 .

[40] Главин, Б.А.; Кочелап, Вирджиния; Линник, ТЛ; Ким, КВ; Строшио, Массачусетс (30 января 2002 г.). «Генерация высокочастотных когерентных акустических фононов в сверхрешетках при прыжковом транспорте. I. Линейная теория фононной неустойчивости». Физический обзор B . 65 (8). Американское физическое общество (APS): 085303. Бибкод : 2002PhRvB..65h5303G . дои : 10.1103/physrevb.65.085303 . ISSN 0163-1829 .

[41] Главин, Б.А.; Кочелап, Вирджиния; Линник, ТЛ (7 июня 1999 г.). «Генерация высокочастотных когерентных акустических фононов в слабосвязанной сверхрешетке». Письма по прикладной физике . 74 (23). Издательство AIP: 3525–3527. Бибкод : 1999ApPhL..74.3525G . дои : 10.1063/1.124149 . ISSN 0003-6951 .

[42] Цу, Р.; Дёлер, Г. (15 июля 1975 г.). «Скачковая проводимость в «сверхрешетке» ». Физический обзор B . 12 (2). Американское физическое общество (APS): 680–686. Бибкод : 1975PhRvB..12..680T . дои : 10.1103/physrevb.12.680 . ISSN 0556-2805 .

[43] Кини, Р.Н.; Кент, Эй Джей; Стэнтон, Нью-Мексико; Хенини, М. (2005). «Угловая зависимость туннелирования с помощью акустических фононов в слабосвязанной сверхрешетке: свидетельства усиления терагерцовых фононов». Журнал прикладной физики . 98 (3). Издательство АИП: 033514–033514–5. Бибкод : 2005JAP....98c3514K . дои : 10.1063/1.1989435 . ISSN 0021-8979 .

[44] Макарона, Э.; Дейли, Б.; Им, Ж.-С.; Марис, Х.; Нурмикко А.; Хан, Юнг (07 октября 2002 г.). «Когерентная генерация акустических фононов частотой 100 ГГц путем динамического экранирования пьезоэлектрических полей в многослойных слоях AlGaN/GaN». Письма по прикладной физике . 81 (15). Издательство АИП: 2791–2793. Бибкод : 2002АпФЛ..81.2791М . дои : 10.1063/1.1512821 . ISSN 0003-6951 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]

[24]

[25]

[26]

[27]

[28]

[29]

[30]

[31]

[32]

[33]

[34]

[35]

[36]

[37]

[38]

[39]

[40]

[41]

[42]

[43]

[44]