Технополис завтра
Самое важное. Самое полезное. Самое интересное...
Новости Интересное

Новая жизнь диодного лазера

3.11.2018

Обычный  лазер из лазерной указки заставили работать на одной частоте.

Широко распространенный диодный лазер, знакомый всем по лазерной указке, компактен, экономичен и дешев, но обладает существенным недостатком: имеет широкий спектр излучения. Это сильно ограничивает его практическое применение, поскольку во многих случаях требуется излучение только одной частоты.

(Фото: ra2studio / Depositphotos) Оптическая гребенка – спектр в виде большого числа линий, каждая из которых соответствует своей частоте. Внизу – волны в микрорезонаторе.Экспериментальная установка. Для оценки размера можно учесть, что расстояние между отверстиями в столе равно 2,5 см. Коммерческие реализации будут значительно компактнее.‹›Открыть в полном размере

Лазеры сегодня используют для решения множества задач. Наверное, все слышали о лазерной коррекции зрения и лазерных прицелах. А есть еще лазерные дальномеры, системы мониторинга атмосферы, системы передачи данных и многое другое. Одно из применений лазеров – высокоточные измерения химического состава методом спектроскопии.

Важную роль в этой технологии играют оптические гребенки. Так называют сигналы, частотный спектр которых представляет собой набор линий, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга. Другими словами, в оптической гребенке лазерная система создаёт стабильное излучение на разных частотах, разделенных одинаковыми промежутками. Впервые в конце 1990-х годов оптические гребенки получили Теодор Хенш из Германии и Джон Холл из США, за что в 2005 году им была присуждена Нобелевская премия.

Оптическая гребенка – спектр в виде большого числа линий, каждая из которых соответствует своей частоте. Внизу – волны в микрорезонаторе.

Лазерная оптическая гребенка играет роль «линейки», позволяющей с высокой точностью измерять частоты оптического излучения и, соответственно, проводить очень точные спектроскопические измерения. Её можно также использовать для систем спутниковой навигации, для технологий передачи данных о точном времени, для поиска экзопланет методом лучевых скоростей.

Экспериментальная установка. Для оценки размера можно учесть, что расстояние между отверстиями в столе равно 2,5 см. Коммерческие реализации будут значительно компактнее.

Подобный сигнал достаточно просто создать с помощью оптических микрорезонаторов: колец или дисков из прозрачных материалов, где излучение лазера из-за нелинейных эффектов превращается в частотную гребенку. Такие микрорезонаторы впервые предложили в 1989 году исследователи из физического факультета МГУ. Подобные устройства уникальны в том, что при малом, миллиметровом размере демонстрируют гигантскую добротность (способностью поддерживать колебания с малыми потерями энергии). Такая технология открывает путь к созданию компактных генераторов оптических гребёнок с низким потреблением энергии.

Однако для этого подходит не любой лазер. Он должен быть, с одной стороны, мощным, а с другой, достаточно монохроматичным, то есть его излучение должно располагаться в очень узкой полосе частот. Приблизительно такой лазер можно назвать одночастотным.

Сегодня самые распространённые и самые дешевые лазеры – диодные, вроде тех, что используют в лазерных указках. Они просты, компактны и удобны, но сильно проигрывают в сфере спектроскопии более дорогим и сложным устройствам – как раз из-за недостаточной монохроматичности и стабильности. Излучение таких лазеров «размазано» по полосе длин волн в десяток нанометров (1 нанометр = 10–9 м). Разумеется, и ранее физики умели сужать полосу длин, но за это приходилось расплачиваться сильным снижением мощности, а о низкой цене и компактности просто можно было забыть.

Физики из Российского квантового центра (РКЦ), Московского физико-технического института (МФТИ), физического факультета Московского государственного университета (МГУ) и московского исследовательского центра компании Samsung нашли простое и элегантное решение проблемы. Они сделали свет лазера более монохроматическим и стабильным с помощью тех же самых микрорезонаторов, которые генерируют оптические гребенки. Этим они убили сразу нескольких зайцев: мощность излучения практически не уменьшается, система остаётся по размеру небольшой, а свет становится почти в миллиард раз более монохроматичным – полоса излучения сужается до аттометров (1 аттометр = 10–18 м); заодно, если нужно, можно получить оптическую гребенку. Результаты исследований опубликованы в журнале Nature Photonics.

Предложенная технология найдет множество возможных применений. «Лазеры из указки» с суженной частотой можно использовать вместо дорогих и сложных одночастотных лазерных устройств, создавая на их основе компактные, умещающиеся в смартфон или часы химические анализаторы. С другой стороны, технология позволит значительно увеличить пропускную способность оптоволоконных сетей за счет увеличения числа каналов.

Ещё одним направлением могут стать различные сенсоры, например, рефлектометры, на базе которых создаются системы мониторинга и охраны. Достаточно уложить вдоль моста или нефтепровода оптоволоконный кабель, и излучение лазера внутри него будет реагировать на малейшие колебания или изменения геометрии объекта, точно указывая на место нарушения. Кроме того, такие лазеры можно будет использовать в оптических радарах – лидарах, которые применяют в метеорологии, геодезии, картографии и даже устанавливают на беспилотные автомобили.

По материалам совместного пресс-релиза РКЦ и МФТИ

Автор: Алексей Понятов

Источник: «Наука и жизнь»


 

Загрузка...

© 2009 Технополис завтра

Перепечатка  материалов приветствуется, при этом гиперссылка на статью или на главную страницу сайта "Технополис завтра" обязательна. Если же Ваши  правила  строже  этих,  пожалуйста,  пользуйтесь при перепечатке Вашими же правилами.