Лазерный мир

Лазеры были изобретены более пятидесяти лет назад и с тех пор широко используются в самых разных областях – от лазерных указок и проигрывателей компакт-дисков до хирургических инструментов.

Любой лазер состоит из источника энергии, называемого системой накачки, активной среды, которая изменяет волну входящего света и преобразует его в узкий одноцветный луч, и оптического резонатора, состоящего из двух или более зеркал.

Сегодня в большинстве случаев активная среда изготовлена из неорганических материалов. Между тем лазеры на основе органических материалов имеют целый ряд преимуществ: они дешевле, проще в изготовлении и работают в широком диапазоне длины волны. Единственное, что сдерживает распространение таких устройств – короткий срок службы активной среды.

Но команда учёных их Франции, работающая под руководством Себастьена Санаура (Sebastien Sanaur), из Национального горного института Сент-Этьена, решила, что если стоимость органических лазеров снизится на порядок, а их производство станет ещё легче, продолжительность работы перестанет быть важным фактором. Ведь можно будет просто выкинуть использованную капсулу с активной средой и взять новую.

Кремниевая пластина с напечатанными лазерными «пикселями»

Исследователи искали простой и эффективный способ изготовления лазеров с помощью известной и широко распространённой технологии, когда их внимание привлёк обыкновенный струйный принтер. Принцип его работы прост: струя жидкости выпрыскивается на основной материал. Помимо привычной всем офисной техники, с помощью похожих принтеров печатают микросхемы, фармацевтические препараты и даже биологические клетки.
Учёные экспериментировали с различными видами органических чернил и красителей, представленных на рынке, и в итоге подобрали «краску», которая при высыхании создавала абсолютно гладкую и ровную поверхность, а при прохождении сквозь неё света усиливала его и формировала лазерный луч.

Затем Санаур и его коллеги напечатали на кварцевом слайде небольшие квадраты и поместили такие пластинки на место активной среды лазера. В результате им удалось получить стабильные лазерные лучи жёлтого и красного цветов.
Теперь исследователи подбирают дополнительные красители, для синего и зелёного цвета, чтобы сделать настраиваемый лазер, работающий во всём спектре видимого света.

«Низкая цена и простое производство этих лазерных чипов являются наиболее важными аспектами нашей работы», – говорит Санаур в пресс-релизе.

По мнению учёных, стоимость таких напечатанных пластин будет составлять лишь несколько центов, и их можно будет легко менять, как лезвия в бритвенном станке.

Подробные результаты исследования были опубликованы в статье издания Journal of Applied Physics.

Inkjet-printed vertically emitting solid-state organic lasers

In this paper, we show that Inkjet Printing can be successfully applied to external-cavity vertically emitting thin-film organic lasers and can be used to generate a diffraction-limited output beam with an output energy as high as 33.6 μJ with a slope efficiency S of 34%. Laser emission shows to be continuously tunable from 570 to 670 nm using an intracavity polymer-based Fabry-Perot etalon. High-optical quality films with several μm thicknesses are realized, thanks to ink-jet printing. We introduce a new optical material where EMD6415 commercial ink constitutes the optical host matrix and exhibits a refractive index of 1.5 and an absorption coefficient of 0.66 cm−1 at 550–680 nm. Standard laser dyes like Pyrromethene 597 and Rhodamine 640 are incorporated in solution to the EMD6415 ink.
https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.4946826

Источник: https://nauka.vesti.ru/article/1044341