Лазерный мир

В настоящее время мощные лазеры используются во многих областях, начиная от производства и заканчивая космическими коммуникациями. По мере развития данного направления возникает потребность в еще более мощных устройствах, что приводит к необходимости изменений конструкции и создания оптических компонентов, способных выдерживать и пропускать через себя огромные количества энергии.

Недавно группа ученых и инженеров из Гарвардского университета, используя алмаз, самый твердый материал на свете, создала зеркало нового типа, способное без ущерба выдержать воздействие и отразить луч мощного лазера, способного пробивать стальные препятствия.

Новое зеркало было создано для решения определенных проблем при создании мощных лазерных систем, способных работать в непрерывном режиме. Используемые ранее высококачественные зеркала, которые являются основным компонентом любого лазера, изготавливаются из нескольких слоев материалов, обладающих различными оптическими свойствами. И если в любом из этих слоев имеется в наличии даже очень крошечный дефект, то зеркало прогорает в том месте и утрачивает свою функциональность.

Поэтому ученые решили использовать один единственный материал для всей структуры зеркала, что уменьшает вероятность появления дефектов. Взяв высококачественный кристалл алмаза, размером 3 на 3 миллиметра, ученые при помощи ионного луча сформировали на его поверхности крошечные наноструктуры, подобные структурам, широко используемым в областях квантовой оптики и коммуникаций. Наличие упорядоченного массива структур определенной формы, которую можно рассмотреть на одном из приведенных здесь снимков, придает поверхности кристалла алмаза высокие отражающие свойства, при этом, величина коэффициента отражения составляет 98.9 процента.

«Можно, конечно, создать зеркало, коэффициент отражения которого составляет 99.999 процента» — рассказывает Нил Синклер (Neil Sinclair), ведущий исследователь, — «Но такое зеркало будет состоять из 10-20 различных слоев. Более того, такое зеркало можно будет использовать только в маломощных лазерах, оно просто не выдержит воздействия огромных мощностей падающего на него света».

Ученые провели испытания, поместив алмазное зеркало в луч лазера военного назначения, мощностью 10 кВт, сфокусированного в точку, диаметром 750 микронов. Несмотря на то, что такой лазер достаточно легко прожигает стальные мишени на таком расстоянии, зеркало выдержало и осталось невредимым.

Такой подход с использованием одного материала для изготовления всего зеркала устраняет проблему с различными коэффициентами теплового расширения различным материалов, что приводит к возникновению механических напряжений при нагреве.

«У разработанного нами метода создания зеркал имеется огромный потенциал в области улучшения параметров существующих лазеров и создания лазерных систем следующих поколений» — пишут исследователи, — «А сейчас мы работаем в направлении коммерциализации нашей технологии и начинаем разрабатывать конкретные устройства, предназначенные для производства полупроводниковых приборов, для космических коммуникаций и, конечно, для военной области».

Источник: https://www.atomic-energy.ru/news/2022/05/31/125205