Лазеры на алмазной основе – некогда бывшие фантазией Джеймса Бонда – сейчас становятся реальностью, показывает исследование, проведенное Университетом Стратклайда (University of Strathclyde), сообщает портал phys.org.
В исследовании, в котором применялись высокие технологии, были использованы уникальные свойства алмаза для создания нового поколения лазеров, которые могли предоставить много преимуществ, начиная от более совершенного лечения кожных заболеваний и глазных проблем, связанных с диабетом, до улучшения мониторинга за загрязнением окружающей среды и авиационного машиностроения.
Группа исследователей из Университета Стратклайда разработала новый вид высокоэффективного, сверхуниверсального лазера, использующего эффект Рамана (Raman), в котором используются алмазы для создания лучей света с более мощным и широким диапазоном цвета, чем у существующих лазеров Рамана. Эти возможности могут открыть важные новые области применения. Исследование финансируется Советом по исследованиям в области машиностроения и физических наук (Engineering and Physical Sciences Research Council, EPSRC).
Хотя исследователи в Австралии тоже ведут работы по инновационной лазерной технологии, основанной на применении алмазов с использованием эффекта Рамана, команда из Стратклайда первой добилась двух первых мировых достижений:
- Самые первые «настраиваемые по частоте» алмазные лазеры Рамана, в которых цвет света можно регулировать в соответствии с определенными потребностями: например, для лечения сосудистых поражений – аномальных скоплений кровеносных сосудов – требуется желтый/оранжевый свет, которого трудно добиться с помощью обычных лазеров, но который необходим для максимального поглощения в месте поражения, при этом сводится к минимуму повреждение окружающей ткани. Этот прорыв опирается на тот факт, что оптические свойства алмаза позволяют алмазным лазерам производить диапазон цветов, которые трудно получить с помощью обычных средств. Например, желто/оранжевый свет, который можно применять в медицине для лечения таких заболеваний, как сосудистые поражения или кровоизлияния в сетчатке глаза с тыльной стороны глазного яблока.
- Самый первый алмазный лазер Рамана непрерывного действия. Это имеет важное значение, потому что лазеры, которые могут производить только короткие импульсы света, не пригодны для некоторых медицинских и иных применений, например, когда импульсы могут повредить чувствительные структуры глаза. При медицинском лечении высокочувствительных участков, следовательно, возникают ситуации, когда использование импульсного лазерного излучения может вызвать слишком большое нарушение слуха.
Профессор Мартин Доусон (Martin Dawson), который инициировал проект и осуществлял надзор за ним в Институте фотоники при Университете Стратклайда (Strathclyde's Institute of Photonics), сказал: «Наши новые лазеры могут создавать свет, начиная с нижнего конца ультрафиолетовой части электромагнитного спектра, проходя прямо через видимую часть, до средней части инфракрасной области. Это означает, они могут устранить многие из существующих недостатков в возможностях лазеров».
Это видео не поддерживается вашим браузером в настоящее время.
Это показ аудиослайдов, включающий изображения алмазных лазеров.
Кремний и другие материалы, которые обычно используются в лазерах Рамана для изменения цвета света, ввиду физических свойств материалов имеют ограничения по мощности лазера и диапазону цветов, которые они могут производить. Например, их сравнительно ограниченная способность проводить тепло налагает ограничения на достигаемую выходную мощность лазера, а их определенные оптические свойства ограничивают их способность генерировать определенные необходимые цвета света.
И наоборот, алмаз имеет непревзойденную теплопроводность, которая в сочетании с его уникальной твердостью, прочностью и оптическими свойствами, делает его идеальным для применения в лазерах.
Доктор Алан Кемп (Alan Kemp) из Университета Стратклайда, главный исследователь в этом проекте, сказал: «Применение монокристаллических алмазов непосредственно в лазерах открывает огромные возможности. Основным преимуществом является то, что не требуется крупный кристалл для создания необходимой мощности, поэтому можно делать лазеры гораздо меньшего размера.
В обычные лазеры Рамана необходимо встраивать кристалл длиной от трех до шести сантиметров. Но наши новые лазеры могут достигать такую же мощность с помощью алмазного кристалла размером всего от двух до шести миллиметров.
Это означает, что лазеры могут применяться в ограниченном пространстве, куда они в настоящее время просто не могут пройти, например, в авиационной области и медицине, где требуются лазеры высокой мощности определенных цветов, но основное значение имеет объем пространства».
Доктор Дженифер Хасти (Jennifer Hastie) руководила проектом по демонстрации первых лазеров Рамана с перестройкой частоты генерации, полученных путем встраивания кристаллов Рамана в полупроводниковые дисковые лазеры - новый вид настраиваемых по частоте лазеров, разработка которых широко ведется в Институте фотоники при Университете Стратклайда.
Она сказала: «Лазеры Рамана действуют за счет пропускания «накачивающего» пучка света через кристалл, тем самым создавая тепло, и по мере образования тепла, лазерный луч приобретает другой цвет. Если первоначальный цвет светового пучка накачки настраивается по частоте, например, как в полупроводниковом дисковом лазере, то можно добиться настройки цвета лазера Рамана».
Группа тесно сотрудничала с фирмой Element Six из Великобритании, мировым лидером по производству искусственных алмазов. Искусственные алмазы, будучи к тому же более дешевыми по сравнению с природными, прекрасно подходят для применения в лазерах, потому что им можно придать точные необходимые оптические свойства, что трудно в случае с природными алмазами.
Профессор Доусон сказал: «Мы продемонстрировали, что лазеры Рамана обладают потенциалом стать важной и замечательной технологией. Разработка инновационной лазерной технологии является чрезвычайно конкурентоспособной областью, и поддержка EPSRC позволила нам добиться поистине ведущих мировых достижений, имеющих огромный потенциал.
В настоящее время мы стремимся закрепить достигнутые нами успехи и намерены оказывать содействие в том, чтобы все новое поколение лазеров было внедрено в эксплуатацию, по возможности, в течение пяти – десяти лет».
