Сибирские физики создали лазер-хамелеон

Сибирские физики создали лазер-хамелеон

Новости науки и техники Комментариев к записи Сибирские физики создали лазер-хамелеон нет

Лазер, созданный томскими учёными в сотрудничестве с иностранными коллегами, легко меняет длину волны излучения почти на любую другую в пределах видимого диапазона. О достижении рассказывает научная статья, опубликованная в журнале Photonics Research группой во главе с Дмитрием Турчиновичем из Томского государственного политехнического университета (ТПУ).

Nonlinearity-tailored fiber laser technology for low-noise, ultra-wideband tunable femtosecond light generation

The emission wavelength of a laser is physically predetermined by the gain medium used. Consequently, arbitrary wavelength generation is a fundamental challenge in the science of light. Present solutions include optical parametric generation, requiring complex optical setups and spectrally sliced supercontinuum, taking advantage of a simpler fiber technology: a fixed-wavelength pump laser pulse is converted into a spectrally very broadband output, from which the required resulting wavelength is then optically filtered. Unfortunately, this process is associated with an inherently poor noise figure, which often precludes many realistic applications of such supercontinuum sources. Here, we show that by adding only one passive optical element—a tapered photonic crystal fiber—to a fixed-wavelength femtosecond laser, one can in a very simple manner resonantly convert the laser emission wavelength into an ultra-wide and continuous range of desired wavelengths, with very low inherent noise, and without mechanical realignment of the laser. This is achieved by exploiting the double interplay of nonlinearity and chirp in the laser source and chirp and phase matching in the tapered fiber. As a first demonstration of this simple and inexpensive technology, we present a femtosecond fiber laser continuously tunable across the entire red–green–blue spectral range.

https://www.osapublishing.org/prj/abstract.cfm?uri=prj-5-6-750

Техника предъявляет большой спрос на лазеры, способные менять длину волны излучения. Например, в медицинских исследованиях применяются флуоресцентные вещества, которые начинают светиться в ответ на излучение строго определённой длины волны. Эти красители вводятся в живую ткань и распределяются по ней. При облучении лазером они создают «снимок» микроструктуры ткани. В разных видах исследования применяются разные вещества, и каждому для свечения требуется своя длина волны. Поэтому очень здорово было бы иметь лазер, способный менять этот параметр в широких пределах.

Однако создать такое устройство не так-то просто. Сама конструкция любого лазера жёстко фиксирует его длину волны.

Поясним, о чём идёт речь. Как известно, фотон испускается, когда частица (например, электрон) переходит с верхнего энергетического уровня на нижний. Энергия кванта и будет равна разнице между этими двумя уровнями, а она однозначно определяет длину волны излучения.

Для генерации лазерного импульса необходимо, чтобы на верхнем уровне оказалось больше частиц, чем на нижнем.

Подобная ситуация почти никогда не встречается в естественных условиях, и добиться такого положения дел весьма трудно. И уж тем более почти невозможно добиться того, чтобы перенаселёнными оказались сразу несколько верхних уровней. Обычно такой уровень один, поэтому и длина волны у лазера одна.

Существуют технологии, позволяющие лазеру стать «хамелеоном». Например, подбирается особая среда, которая поглощает испускаемые фотоны, а затем переизлучает их на разных длинах волн.

Однако такие методики далеки от совершенства. На выходе излучение уже не так уж похоже на лазерное, оно приобретает черты естественного света: разные волны отличаются как по длине, так и по фазе. Поэтому устройство теряет те преимущества лазера перед лампочкой, которые и позволили этим излучателям завоевать мир. К тому же такое преобразование излучения – весьма энергоёмкий процесс.

Авторы предложили технологию, свободную от этих недостатков.

«Нас интересовало решение, исключающее минусы известных подходов, и при этом простое и дешёвое. Мы собрали волоконный лазер, генерирующий на выходе световые импульсы с центральной длиной волны 1,04 микрометра, длительность которых меняется от пикосекунды до 50 фемтосекунд. Излучение лазера заводилось в кусочек специально профилированного фотонно-кристаллического волокна», – рассказывает доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Роман Егоров, чьи слова приводит агентство «РИА Новости».

Поясним, что термин «волоконный лазер» означает, что генерация излучения происходит в оптическом волокне. Фотонно-кристаллическое волокно здесь было использовано в качестве преобразователя длины волны. Оболочка такого волокна имеет особую структуру. Оптические свойства (в частности, диэлектрическая проницаемость) материала меняются вдоль оптического канала с периодом, сравнимым с длиной волны света. Это открывает широкие возможности для управления характеристиками излучения.

Авторам удалось так подобрать структуру оболочки, что длина волны выходящего излучения определялась длительностью и интенсивностью входного лазерного импульса. Меняя эти параметры, учёные получали луч в почти любой части видимого спектра, от синего до красного.

Устройство оказалось ещё и сравнительно энергоэффективным.

«Как известно, методы спектральной конверсии излучения очень энергозатратны. Мы же сразу вышли на КПД порядка 1-2%, хотя фокусировались не на энергетике, а на ширине диапазона перестройки. То есть наш подход имеет потенциал для наращивания энергетической эффективности как минимум до уровня распространённых методов, но при этом лишён их фундаментальных недостатков», – говорит Егоров.

Поясним, что под спектральной конверсией здесь понимается перестройка длины волны излучения.

Источник: https://www.vesti.ru/doc.html?id=3014841


© Интернет журнал "ЛАЗЕРНЫЙ МИР", 2016
Напишите нам:
laser.w@yandex.ru

Back to Top