Российские ученые из Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН сгенерировали лазерное излучение в тонких трубках из кварцевого стекла с отражающей микроструктурой ― полых световодах (оптических волокнах). Провести такой эксперимент удалось впервые в мире. Специалисты считают, что новый подход сможет в тысячи раз увеличить выходную мощность существующих волоконных лазеров. Исследования были поддержаны грантами Российского научного фонда, а их результаты ― опубликованы в серии статей в Journal of Selected Topics in Quantum Electronics.
Световоды представляют собой тонкие стеклянные нити толщиной с человеческий волос, использующиеся для передачи света на большие расстояния. Свет распространяется только вдоль центральной части световода, которая называется сердцевиной и может быть как стеклянной (в обычных световодах), так и пустотелой (в полых световодах). Обычные световоды уже давно нашли практические применения, и мы опосредованно взаимодействуем с ними ежедневно, например, когда пользуемся интернетом, в основе которого ― оптические линии связи, объединяющие целые континенты в единое информационное пространство. А еще обычные световоды используются как ключевой компонент волоконных лазеров ― практичных и надежных источников оптического излучения, которые уже нашли множество применений: от медицины до промышленной резки материалов.
В отличие от обычных световодов, полые световоды пока еще находятся на стадии активных исследований во многих научных лабораториях мира. Однако уже сейчас они прокладывают себе дорогу к практическим применениям, демонстрируя впечатляющие перспективы.
Разработка российских специалистов поможет существенно расширить возможности применения полых световодов. Ученые ожидают, что новое исследование позволит генерировать лазерные импульсы огромной интенсивности, в тысячи раз превосходящей порог разрушения обычных световодов со стеклянной сердцевиной, которые сейчас распространены повсеместно. Это может стать новой вехой в развитии сверхточной лазерной обработки различных материалов (от металлов до биотканей).
Подробнее об исследовании корреспонденту «Научной России» рассказал руководитель проекта ― старший научный сотрудник Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН Алексей Гладышев.
«Поскольку у полого световода в середине пустота (там нет никакого материала), он может передавать излучение очень большой интенсивности. В обычных световодах со стеклянной сердцевиной такое излучение просто разрушило бы сам световод. Да, сегодня во многих научных работах полые световоды уже используются, но только как пассивный передатчик или как преобразователь лазерного излучения. Это значит, что вы, имея источник интенсивного излучения, вводите его в полую сердцевину световода и на выходе получаете преобразованное излучение. Проблема заключается в том, что вы не можете ввести в этот световод мощность излучения, большую, чем может сгенерировать твердотельный лазер. Нам же впервые в мире удалось сделать так, чтобы лазерное излучение рождалось внутри самой полой сердцевины световода, а не подавалось извне!», ― рассказал Алексей Гладышев.
По словам ученого, такая разработка открывает новые возможности для генерации высокоинтенсивного излучения и ультракоротких лазерных импульсов. Дальнейшее развитие этого направления откроет новые возможности не только для таких практических задач как резка металла, но также и для фундаментальных исследований по взаимодействию лазерного излучения с веществом. Новый эксперимент ученых ИОФ РАН также продемонстрировал возможность полых световодов эффективно преобразовывать лазерное излучение из ближнего инфракрасного диапазона в средний инфракрасный диапазон, что незаменимо для анализа химического состава веществ.
На фото: изображение торца полого световода, полученное с помощью электронного микроскопа. Автор фото: Алексей Гладышев / ИОФ РАН
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ