Лазерный мир

Ранее российские физики создали уникальное халькогенидное стекло с добавлением ионов редкоземельного церия (III), а теперь, объединившись с немецкими коллегами, они собрали твердотельный лазер на его основе.

Испытания устройства показали, что оно способно эффективно излучать в среднем инфракрасном диапазоне, при этом не требуя дополнительного охлаждения. Это и относительная дешевизна материала позволят значительно расширить применение твердотельных лазеров: для них найдутся задачи не только в фундаментальной физике, но и в таких прикладных направлениях как хирургия, материаловедение и мониторинг окружающей среды. Исследование поддержано грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), а его результаты опубликованы на страницах Optics Letters и Optics Express.

В наши дни лазеры получили широкое распространение в самых разных областях, в частности, это касается устройств, излучающих в среднем инфракрасном диапазоне. Такие генераторы сейчас особенно популярны в фундаментальной науке: в исследованиях квантовой оптики, кремниевой фотоники и прочих перспективных направлений. Они находят применение в мониторинге окружающей среды, а именно при измерении содержания разных газов в воздухе, а также в хирургии, обработке материалов и передаче информации по оптоволокну.

Однако столь универсальные лазеры имеют ограничения, мешающие их широкому распространению. Прежде всего, они технически сложны и громоздки, а материалы для их создания очень дороги. Эти недостатки отсутствуют у твердотельных лазеров, в последнее время набирающих популярность в научных кругах. Много работ посвящено подбору наилучшего материала для их активной среды, многократно усиливающей излучение. В твердотельных лазерах среднего инфракрасного диапазона ею служат либо кристаллы, либо стекла, особенно большие надежды исследователи возлагают на кристаллический селенид цинка ZnSe. Он способен обеспечить отличные характеристики лазера, однако его свечение очень быстро угасает при комнатной температуре.

Исследователи из Института общей физики имени А. М. Прохорова РАН (Москва) и Института химии высокочистых веществ имени Г. Г. Девятых РАН (Нижний Новгород) разработали уникальное халькогенидное стекло, в которое добавили редкоземельные ионы церия (III). Его свечение гораздо более устойчиво к комнатной температуре, чем у селенида цинка. В новом исследовании физики объединились с коллегами из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН (Троицк) и Университета Дуйсбурга-Эссена (Германия), чтобы проверить свою разработку на практике.

Результаты испытаний лазера на основе этого уникального стекла подтвердили, что это он действительно может генерировать среднее инфракрасное излучение, а именно в диапазоне от 5 до 6 микрометров. Самое интересное, что устройство стабильно работало даже при комнатной температуре.

«Сейчас мы занимаемся созданием волоконного варианта такого лазера. Он должен существенно улучшить его характеристики и упростить практическое использование, ведь наша разработка найдет широкое применение в хирургии, материаловедении и спектроскопии газов», — говорят авторы.

Источник: https://www.gazeta.ru/science/news/2021/09/29/n_16612507.shtml