Новости

30 Декабря, 2019 11:28

Ученые сконструировали тулиевый лазер для детекторов газа

Источник: Газета.ru
Оптические высокочувствутельные газовые анализаторы нужны во многих сферах, например в диагностике заболеваний человека, мониторинге экологической ситуации и детектировании токсичных газов. Для улучшения характеристик этих устройств необходимо разработать источник сверхкоротких лазерных импульсов. Варьируя характеристики составляющих установки, российские ученые обнаружили, что тулиевый волоконный лазер может испускать высокочастотные импульсы в трех режимах, неизменно возникающих при определенных условиях. С подробностями исследования можно ознакомиться в журнале Scientific Reports. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.

Фото: работа с установкой. Источник: Владимир Лазарев
Фото: лазерная установка. Источник: Владимир Лазарев
Фото: лазерная установка. Источник: Владимир Лазарев
Фото: лазерная установка. Источник: Владимир Лазарев
Фото: лазерная установка. Источник: Владимир Лазарев
3 / 4
Фото: работа с установкой. Источник: Владимир Лазарев
Фото: лазерная установка. Источник: Владимир Лазарев
Фото: лазерная установка. Источник: Владимир Лазарев
Фото: лазерная установка. Источник: Владимир Лазарев
Фото: лазерная установка. Источник: Владимир Лазарев

Сегодня лазеры играют огромную роль в приборостроении. Эти источники излучают узконаправленные пучки света в определенном диапазоне длин волн. Такой луч может использоваться для высокоточных измерений расстояний, выжигания по материалам и датчиков движения. В последнее время лазеры также широко используются и для медицинских целей: при диагностике заболеваний, в качестве очень тонкого скальпеля, прижигающего элемента или «пинцета» для манипуляций с отдельными клетками, например, при искусственном оплодотворении.

Обычно лазер воспринимается как источник непрерывного света. Тем не менее существуют устройства, в которых генерация световых волн происходит импульсно, и они идут друг за другом с очень маленьким запозданием, а потому воспринимаются глазом, как единое целое. Однако, для ряда практических приложений, например создания сверхчувствительных датчиков газа, необходимы лазеры, испускающие очень короткие, но яркие импульсы. С их помощью можно получить излучение сверхширокого спектра — суперконтинуум, — способное взаимодействовать с большинством молекул. Для реализации такого режима нужно синхронизировать световые волны в резонаторе лазера. Одним из способов такой синхронизации является метод нелинейной эволюции поляризации, при котором несогласованные по фазе моды (вид колебаний) поглощаются в поляризаторе, расположенном внутри резонатора лазера, а согласованные проходят через него и создают набор отдельных очень коротких импульсов света.

Российские ученые исследовали механизмы генерации импульсного излучения в тулиевом волоконном лазере на длине волны 1900 нм. Благодаря методу нелинейной эволюции поляризации такой лазер способен создавать стабильный поток интенсивных импульсов света. Исследователи изменяли физические характеристики системы и отслеживали их влияние на выходящие световые волны. Интересно, что во всех исследуемых случаях при превышении определенной мощности лазер неизменно работал в трех режимах, сменяющихся путем управления поляризацией в лазере. Первый режим представляет собой непрерывную последовательность шумоподобных световых импульсов. Это очень короткие импульсы со случайным образом изменяющимися амплитудой, длительностью и временными промежутками между ними. Второй — так называемый «режим солитонного дождя». Солитонами называют группы волн, не изменяющие свою форму в процессе распространения. Во втором режиме лазер испускает группы солитонов, между которыми независимо перемещаются солитоны, возникшие в резонаторе. Третий режим представляет собой группы взаимодействующих между собой оптических солитонов, испускаемые с постоянной частотой. Оказалось, что основной вклад в переключение между этими режимами вносит изменение настроек контроллера поляризации, задающего направление колебаний световых волн.

«Такие режимы интересны в первую очередь с точки зрения фундаментальных исследований для изучения процесса генерации ультракоротких импульсов в волоконных лазерах. Эти импульсы имеют уникальные параметры и различную динамику распространения в световодах. В предыдущих исследованиях было показано, что с помощью шумоподобных импульсов можно получить более гладкий и плоский суперконтинуум, что важно для спектроскопических применений. Лазеры с шумоподобными импульсами можно использовать в качестве источника излучения для высокочувствительных газовых анализаторов, датчиков температуры и для обработки материалов. Переключение между режимами позволит лучше изучить свойства суперконтинуума», — рассказал Владимир Лазарев, кандидат технических наук, начальник лаборатории стабилизированных лазерных систем Научно-образовательного центра «Фотоника и ИК-техника» Московского государственного технического университета имени Н. Э. Баумана.


18 Сентября, 2020
Создан программный комплекс для моделирования самосборки молекулярных слоев
Российские ученые разработали программу, которая позволяет моделировать процессы на поверхностях тве...
18 Сентября, 2020
Исследование алмазного потенциала Архангельской области позволит продолжить добычу алмазов в регионе
Российский научный фонд в рамках президентской программы исследовательских проектов выделил 15 млн р...