Ученые из Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН (Москва) нашли способ генерировать лазерное излучение в полых световодах — тонких «трубках» из кварцевого стекла с отражающей микроструктурой. Такой подход позволит в тысячи раз увеличить выходную мощность существующих волоконных лазеров. Кроме того, исследователи показали, что полые световоды могут эффективно преобразовывать лазерное излучение из ближнего инфракрасного диапазона в средний, удобный для анализа химического состава веществ.
Оптическое волокно, или световод, — это тонкая стеклянная нить, по которой можно передавать свет. При этом свет распространяется практически без потерь вдоль сердцевины — его центральной части — благодаря многократным отражениям от окружающей ее стеклянной оболочки. Мы постоянно сталкиваемся со световодами, когда, например, пользуемся интернетом, так как они лежат в основе оптических линий связи, объединяющих континенты в единое информационное пространство. Однако в устройствах, используемых на практике сегодня, сердцевина состоит из кварцевого стекла, через которое можно пропустить только видимый и ближний инфракрасный (ИК) свет, а на остальных длинах волн, в частности в среднем ИК-диапазоне, такие трубки абсолютно неприменимы.
Как рассказали «Известиям» ученые, преодолеть ограничения могут помочь полые световоды, которые активно разрабатываются и изучаются в ведущих лабораториях мира.
Несмотря на то что их отражающая оболочка всё так же состоит из кварцевого стекла, свет в них передается исключительно по полой сердцевине, что значительно расширяет возможные применения этих устройств.
«Наше исследование — это первая в мире демонстрация лазерной генерации в полых световодах. Эта работа открывает новое направление, которое позволит в будущем генерировать в них лазерные импульсы такой мощности, которая в тысячи раз превосходит порог разрушения в обычных широко используемых устройствах со стеклянной сердцевиной. В дальнейшем мы планируем не только существенно повысить выходную мощность созданных нами газоразрядных волоконных лазеров, но и значительно расширить набор генерируемых ими длин волн как в средней инфракрасной, так и в ультрафиолетовой части спектра», — рассказал «Известиям» руководитель проекта старший научный сотрудник института Алексей Гладышев.
Прорывным достижением авторов стала первая в мире генерация лазерного излучения непосредственно в полом световоде, в который не подавался свет от внешних источников. Чтобы достичь этого, его заполнили смесью инертных газов гелия и ксенона, а к концам трубки приставили зеркала, создав, таким образом, оптический резонатор.
Затем световод облучили мощными микроволновыми импульсами с частотой, которая применяется в бытовых СВЧ-печах и модулях Wi-Fi. Это приводило к зажиганию газового разряда, в котором и возникало лазерное излучение.
Авторы взяли коммерчески доступный лазер, генерирующий сверхкороткие импульсы на длине волны около 1 микрометра (ближний ИК-диапазон), и пропустили это излучение через полый световод длиной 3 м, заполненный обычным и «тяжелым» водородом (дейтерием). В результате на выходе полого световода получили излучение среднего ИК-диапазона.
Как пояснили ученые, средний ИК-диапазон называют диапазоном «отпечатков пальцев», поскольку по тому, как вещество поглощает эти длины волн, можно, как по этим следам, определить его химический состав. Достигнутые результаты позволят создавать эффективные и компактные лазерные источники высокой мощности, необходимые для неинвазивной биомедицинской диагностики, а также для контроля качества продуктов и фармацевтических препаратов.
«Такие лазеры могут найти разнообразные применения от биомедицинской диагностики до литографии при создании микросхем», — подчеркнул Алексей Гладышев.
Лазерная генерация на полых волоконных световодах — принципиально важное достижение российских ученых, отметил заведующий кафедрой физики НИТУ МИСИС Иван Ушаков. На таких устройствах можно существенно увеличить плотность мощности лазерного излучения, что имеет важное практическое значение.
«Результаты работы могут быть использованы для создания мощных и компактных лазеров. Возможная сфера их применения: материаловедение, медицина, оптическая связь и так далее», — отметил специалист.
Открытие может дать новую жизнь газоразрядным лазерам — это новые длины волн и новые мощности излучения, что существенно дополнит и расширит возможности лазерных технологий в микроэлектронике, разнообразной диагностике, экологии и других областях, сказал профессор Института лазерных технологий Университета ИТМО Вадим Вейко.
«Новый класс световодных газоразрядных лазеров может найти широкое применение в медицине, расширив круг лазерных эндоскопических и лапароскопических процедур. Но, конечно, для реализации всех потенциальных возможностей придется преодолеть еще много технических трудностей, например повысить механическую прочность и гибкость таких световодов», — отметил профессор.Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ
