Создан неодимовый лазер с нестандартными длинами волн генерации

Коллектив ученых из ведущих институтов РАН впервые в мире продемонстрировал лазерную генерацию на неодимовом стекле в ранее недоступном среднем инфракрасном диапазоне.

В неселективном резонаторе ионы неодима в таких условиях генерировали излучение с длиной волны около 5,9 мкм

Источник: Freepik

Группа исследователей из Института общей физики им. А. М. Прохорова РАН в кооперации с коллегами из Института химии высокочистых веществ им. Г. Г. Девятых РАН и Физического института им. П. Н. Лебедева РАН создала лазер на неодимовом стекле, который генерирует излучение на рекордных для подобных систем длинах волн. Работа описывает принципиально новый подход к генерации лазерного излучения.

Казалось бы, после более чем 60 лет активного использования неодимовых лазеров, которые являются самыми распространенными лазерами на твердом теле, сложно ожидать от них революционных открытий. Однако ключ к успеху оказался в материале матрицы. Вместо привычных оксидных стекол ученые применили халькогенидные стекла на основе селена. 

Люминесцентные свойства ионов неодима в такой нестандартной среде радикально меняются. Время жизни их возбужденного состояния в селенидных стеклах увеличивается на несколько порядков по сравнению с оксидными аналогами. Именно это уникальное явление исследователи и использовали для создания лазера, работающего в ранее не освоенной спектральной области от 5 до 6 микрометров. Для достижения генерации образец стекла в виде цилиндра длиной около трех сантиметров помещался в криостат, охлаждаемый жидким азотом. Это позволило добиться достаточно низкого порога генерации.

Спектр генерации лазера без диспергирующих элементов; (b): перестроечная кривая при наличии диспергирующей призмы в резонаторе

Источник: new.ras.ru

В качестве источника накачки применялся импульсный лазер на кристалле железа-цинк-селенида с длиной волны 4,75 мкм. В результате в неселективном резонаторе был получен луч с длиной волны около 5,9 мкм. При введении в систему диспергирующей призмы ученые смогли перестраивать длину волны генерации в широком диапазоне от 5,6 до 6,2 мкм, что является наивысшим достигнутым показателем для лазеров на стеклах.

Потенциальные применения нового лазера лежат в области спектроскопии и дистанционного анализа. Средний инфракрасный диапазон, в котором работает устройство, характеризуется наличием характерных линий поглощения многих органических и неорганических молекул в газовой фазе. Широкая спектральная перестройка генерации позволит использовать такие лазеры для мониторинга состава атмосферы, контроля промышленных выбросов и в медицинской диагностике.

Ранее физики усовершенствовали датчик для термоядерного синтеза.