Физики Российской академии наук разработали уникальный тип оптоволокна. Этот материал открывает путь к созданию ярких и эффективных инфракрасных (ИК) лазеров нового поколения. Технология его изготовления представлена в престижном Journal of Selected Topics in Quantum Electronics.
Заполняя спектральную пустоту
Традиционные волоконные лазеры существуют для определенных длин световых волн. Ученые обратили внимание на малоизученную область ИК-диапазона в 1.6-1.8 микрометров. "Совместно с коллегами из Института химии высокочистых веществ РАН нам удалось создать особое волокно", — отметил Сергей Фирстов из Научного центра волоконной оптики РАН. "Оно придает источникам света возможности в спектральных диапазонах, которые были сложнодоступны для редкоземельных лазеров".
Базовый принцип
Оптическое волокно выполнено из стекла или пластика. Оно способно пропускать световые, а не электрические сигнаны. Стандартная конструкция нити включает: главный светопроводящий сердечник и внешнюю оболочку из прозрачного материала. Эта оболочка обладает показателем преломления, который немного ниже показателя сердцевины.
Контроль над светом
Благодаря указанной конструкции, оптоволокно эффективно улавливает и направляет свет по своему ходу, предотвращая его рассеяние через стенки. Хотя за последние многие годы было сделано многое, некоторые технологические задачи все еще остаются перспективными для науки.
Новые горизонты использования
Помимо передачи данных, инженеры, как поясняют Фирстов и его команда, все чаще применяют такие волокна как активную среду для лазеров. Это позволяет создавать мощнейшее излучение в установках, способных достигать километровой длины при компактных габаритах.
Чтобы изменить обычное оптоволокно в лазер, его оснащают полупрозрачными зеркалами с двух концов. Внутрь материала вводят атомы редкоземельных элементов. Они взаимодействуют с передаваемым светом, преобразуя его в целенаправленные лазерные импульсы необходимой длины волн и мощности.
Ограничение состояло в том, что все подобные активаторы обеспечивали излучение лишь на отдельных, строго определенных частотах. До сегодняшнего дня, как подчеркивает Фирстов, не существовало компонента, позволяющего получать импульсы в важнейшей ближней ИК-области. Этот участок спектра крайне важен для современных технологий обработки информации.
Уникальное решение от РАН
Специалисты РАН смогли найти инновационное решение! Они доказали потенциал кварцевого оптоволокна с модифицирующими добавками — оксидом германия и висмута. Выяснилось, что именно этот тандем, при должном качестве материала, "настраивает" итоговое лазерное излучение на нужную ближнюю ИК-зону.
Прототипы лазеров, работающих на базе новой технологии, демонстрируют генерацию лучей с длиной волны 1,7 микрометра. Мощность излучения составляет значительные ватты, а КПД достигает внушительных 30%. Ученые отмечают уникальность своей разработки — зарубежных аналогов ей пока не существует. Работа велась при финансовой поддержке Российского научного фонда.
Источник: scientificrussia.ru
