Твердотельные неодимовые лазеры имеют ограничения по длине излучаемой волны. Усовершенствованное российскими учеными стекло позволяет лазеру генерировать излучение в среднем инфракрасном диапазоне, расширяя его функциональные возможности.
Исследователи из нескольких институтов РАН — Института общей физики имени Прохорова, Института химии высокочистых веществ имени Девятых и Физического института имени Лебедева — достигли выдающегося успеха в области лазерной физики. Им удалось разработать лазер на базе неодимового стекла, который функционирует в ранее недоступной инфракрасной зоне спектра — от 5,6 до 6,2 мкм. Результаты исследования опубликованы в Journal of Luminescence.
Обычные лазеры на неодимовых стеклах используются с 1960-х годов и чаще всего работают в ближнем инфракрасном диапазоне — примерно 1,06 мкм. Новый прорыв связан с применением не оксидных, а так называемых халькогенидных стекол, в состав которых входят такие элементы, как сера, селен, германий и сурьма. Эти материалы обладают уникальной прозрачностью в среднем ИК-диапазоне, что делает их особенно актуальными для новых лазерных разработок.
Ключевое отличие заключается в поведении ионов Nd³⁺ в таких стеклах. В селенидных материалах время жизни возбужденного состояния оказывается в миллионы раз больше, чем в оксидных. Это свойство дало возможность генерировать излучение в необычном диапазоне около 5,9 мкм, что ранее считалось недоступным для твердотельных лазеров на стеклах.
Для накачки использовался лазер на кристалле Fe²⁺:ZnSe с длиной волны 4,75 мкм. Образец селенидного стекла с неодимом охлаждали до температуры жидкого азота, чтобы обеспечить минимальный порог генерации. С введением диспергирующей призмы стало возможным изменять длину волны от 5,6 до 6,2 мкм — рекордный диапазон для лазеров такого типа.
Такого рода лазеры благодаря высокой чувствительности к колебательным спектрам молекул могут быть использованы в спектроскопии, анализе газовых смесей, контроле окружающей среды, медицинской диагностике и в косметологии — наиболее известной области применения неодимовых лазеров.
Этот проект стал результатом плотного сотрудничества нескольких научных коллективов, объединивших свои усилия для достижения уникального результата.
Недавно российские ученые предложили использовать лазеры для создания строительных материалов на Луне.
Фото: hi-tech.mail.ru