Физики из России создали новый тип "лазерного" оптоволокна

Физики из РАН разработали новый тип оптоволокна, который можно использовать в качестве базового материала для создания ярких и компактных инфракрасных лазеров. "Рецепт" по его производству был опубликован в Journal of Selected Topics in Quantum Electronics.

"Волоконные лазеры генерируют в определенных областях длин волн, и область длин волн 1,6–1,8 микрометров оставалась почти неосвоенной. Совместно с Институтом химии высокочистых веществ РАН, мы создали новый тип волокна для лазеров, генерирующих в новых спектральных диапазонах, недоступных для волоконных лазеров с редкоземельными ионами", — заявил Сергей Фирстов из Научного центра волоконной оптики РАН в Москве.

Оптическое волокно представляет собой нити из пластика или стекла, способные проводить не электричество, как обычные металлические провода, а пучки света. Как правило, его нити состоят из двух слоев – светопроводного сердечника и окружающей его оболочки из другого прозрачного материала, который обладает чуть меньшим индексом преломления, чем сердцевина.

Благодаря этому оптоволокно может захватывать и заставлять двигаться свет в четко заданном направлении, препятствуя его "побегу" во внешнюю среду через стенки нити. У всех типов оптоволокна, созданных за последние полвека, есть несколько общих  проблем, которые ученые пока не смогли решить полностью.

В последние годы, как рассказывают Фирстов и его коллеги, инженеры начали использовать оптоволокно не только для передачи информации, но и в качестве рабочего тела для так называемых волоконных лазеров. Благодаря этому длина таких лазеров может достигать несколько километров, но при этом они могут умещаться внутри небольшой коробочки и иметь огромную мощность.

Для того, чтобы превратить обычное оптоволокно в лазер, необходимо закрыть его с двух сторон полупрозрачными зеркалами и "засеять" сам материал атомами различных редкоземельных элементов, которые будут взаимодействовать с закачиваемым в него светом и превращать его в импульсы лазерного излучения нужной длины и мощности.

Проблема заключается в том, что каждый тип подобных присадок может порождать импульсы только на строго определенных длинах волн. До настоящего времени, как отмечает Фирстов, у ученых не было материала, который бы позволял порождать лазерные импульсы в ближней части инфракрасного спектра, интересной с точки зрения разработки систем передачи и обработки данных.

Российские ученые обнаружили, что подобный лазер можно создать, используя кварцевое оптоволокно, в который были добавлены два других соединения – оксид германия и висмут. Их комбинация, как обнаружили физики, "сдвигает" спектр вырабатываемого лазерного излучения в сторону ближней части ИК-диапазона, если качество волокна достаточно высокое.

Первые прототипы лазера, созданного на базе этого волокна, могут вырабатывать пучки ИК-излучения с длиной волны в 1,7 микрометра. При этом они достигают мощности в несколько ватт и КПД в 30%. По словам физиков, пока их разработка не имеет зарубежных аналогов. Исследование проводилось при поддержке и по гранту Российского научного фонда.

Источник