Ученые нашли способ генерировать лазерное излучение в полых световодах — тонких «трубках» из кварцевого стекла с отражающей микроструктурой. Для этого с помощью мощного микроволнового излучения авторы зажгли в полом световоде газовый разряд, создающий лазерное излучение. 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 инфракрасный, удобный для анализа химического состава веществ. Результаты исследований, поддержанных грантами Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в серии из трех статей в Journal of Selected Topics in Quantum Electronics.
Оптическое волокно или световод — это тонкая стеклянная нить, по которой можно передавать свет. При этом свет распространяется практически без потерь вдоль сердцевины световода — его центральной части, — благодаря многократным отражениям от окружающей ее стеклянной оболочки. Мы постоянно сталкиваемся со световодами, когда, например, пользуемся Интернетом, так как световоды лежат в основе оптических линий связи, объединяющих континенты в единое информационное пространство. Кроме того, световоды незаменимы в медицине, например в составе волоконных эндоскопов для диагностики заболеваний, а также широко применяются при высокоточной резке и сварке материалов с помощью волоконных лазеров.
Однако в световодах, 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 световоды абсолютно неприменимы. Кроме того, сердцевина из кварцевого стекла ограничивает максимальную интенсивность света, которую можно передавать по световоду без его повреждения. Преодолеть эти ограничения могут помочь полые световоды, которые активно разрабатываются и изучаются в ведущих лабораториях мира. Несмотря на то, что отражающая микроструктурированная оболочка полых световодов все так же состоит из кварцевого стекла, свет в них передается исключительно по полой сердцевине, что значительно расширяет возможные применения этих устройств.
Ученые из Института общей физики имени А.М. Прохорова РАН (Москва) создали полый световод, с помощью которого смогли с высокой эффективностью преобразовать излучение ближнего ИК-диапазона в средний ИК-диапазон. 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 метра, заполненный обычным и «тяжелым» водородом (дейтерием). В результате на выходе полого световода получили излучение среднего ИК-диапазона. Причем, меняя долю дейтерия в газовой смеси внутри полой сердцевины, а также подстраивая длительность импульсов на входе в световод, исследователи смогли управлять спектром выходного излучения: получать либо строго фиксированные отдельные длины волн, либо широкий спектр, проникающий в средний ИК-диапазон до длин волн более 4 микрометров.
Средний ИК-диапазон называют диапазоном «отпечатков пальцев», поскольку по тому, как вещество поглощает эти длины волн, можно, как по отпечаткам пальцев, 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.
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, полый световод заполнили смесью инертных газов гелия и ксенона, а к концам световода 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. Такое облучение приводило к зажиганию в полом световоде газового разряда, в котором и возникало лазерное излучение.
«Наше исследование — это первая в мире демонстрация лазерной генерации в полых световодах. Эта работа открывает новое направление, которое позволит в будущем генерировать в полых световодах лазерные импульсы такой мощности, которая в тысячи раз превосходит порог разрушения обычных широко используемых световодов 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. Такие лазеры могут найти разнообразные применения от биомедицинской диагностики до литографии при создании микросхем», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Алексей Гладышев, старший научный сотрудник Института общей физики имени А.М. Прохорова РАН.
Материал предоставлен пресс-службой Российского научного фонда
Крошечные человеческие «мини-мозги» показывают будущее биогибридных компьютеров
Человеческий мозг — настолько эффективный компьютер, что наши лучшие попытки с использованием проводов и кремния даже близко не приблизились к его уровню. Но что, если бы мы могли использовать мощь…
У кошек и их владельцев есть гормональная взаимосвязь, улучшающая настроение
Действительно ли ваша кошка улучшает качество вашей жизни? На этот вопрос многие владельцы кошек с энтузиазмом ответят утвердительно, в то время как любители собак будут смотреть на него со скептицизмом.…
Кораллы быстро восстанавливаются после обесцвечивания, соприкасаясь с клоном
Когда кораллы обесцвечиваются во время жары и выбрасывают свои симбиотические водоросли, это обычно означает либо гибель кораллов, либо медленное восстановление в течение месяцев или лет. Но ученые, работающие независимо друг…
МО: за ночь над регионами России уничтожили 610 украинских БПЛА
Российские средства ПВО перехватили и уничтожили 610 украинских БПЛА над регионами РФ за ночь. Об этом сообщили в Минобороны России. "С 20:00 мск 16 октября текущего года до 08:00 мск…
Шуваев: в Белгородской области из-за атак ВСУ за сутки пострадали шесть человек
Шесть человек получили ранения в результате ударов ВСУ по территории Белгородской области за сутки, сообщил губернатор региона Александр Шуваев в "Максе". "В Шебекинском округе пострадали шесть человек. Двое из них…
ВСУ без крупнейших металлургических предприятий. Что известно об ударах ВС РФ по объектам на Украине
Вооруженные силы РФ нанесли массированный удар по металлургическим комбинатам, трансформаторному предприятию и объекту энергетики Украины в городах Кривой Рог, Запорожье и Житомир. Объекты использовались в интересах ВПК Украины и ВСУ.…
Выборы в Конгресс США ломают вековые политические традиции
Чуть больше двух недель остается до выборов в Конгресс США. Аналитики сходятся во мнении, что если в...
Помимо поглощения звезд, черные дыры могут уничтожать пригодные для жизни миры
Новые исследования показывают, что разрушительный аппетит черных дыр может простираться далеко за пр...
Финляндия ограничила доступ к полученным из России документам до 9999 года. А они таки оптимисты!
Этот сайт использует файлы «cookie» с целью повышения удобства его использования. Во время посещения сайта вы соглашаетесь с тем, что мы обрабатываем ваши персональные данные с использованием сервиса «Яндекс. Метрика». Продолжая использовать сайт, вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности.
Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций
(Роскомнадзор). Реестровая запись от 07.06.2022 серия ЭЛ № ФС 77 – 83392. При использовании, полном или частичном
цитировании материалов planet-today.ru активная гиперссылка обязательна. Мнения и взгляды авторов не всегда совпадают с
точкой зрения редакции. На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии
предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей
сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)".