Новый лазер, подробно описанный в высокоэффективном журнале Optica оптического общества, сочетает в себе аспекты как газовых, так и волоконных лазеров. Волоконные лазеры полезны, потому что они, как правило, стабильны и просты в использовании, производят лучи высокого качества, могут излучать при большой мощности и легко охлаждаются. Размещение подходящего газа внутри полого оптического волокна позволило исследователям создать волоконный газовый лазер со средним ИК-излучением. Лазеры занимают центральное место в тысячах потребительских, промышленных и научных товаров; Использование каждого типа лазера зависит от таких факторов, как мощность, качество луча и длина волны.
«За пределами 2,8 микрон обычные волоконные лазеры начинают терять мощность, а другая основная технология для среднего ИК диапазона, квантовые каскадные лазеры, не достигает значений, превышающих 3,5 микрона», — сказал Уильям Уодсворт, соавтор. возглавлял исследовательскую группу с Джонатаном Найтом, также работающим в Университете Бата. «Это оставило пробел, который вызвал большие трудности».Новые полые волокна
Ключом к успеху лазера стала разработка командой кварцевых волокон с полой сердцевиной, которые исключительно хорошо работают в среднем ИК диапазоне. Волокна с полой сердцевиной — это новый класс волокон, в которых используются внутренние стеклянные структуры для ограничения света внутри полых сердцевин, тогда как традиционные оптические волокна ограничивают свет в твердой стеклянной сердцевине.
«Вы можете думать о структурах наших волокон как о очень длинных и тонких пузырьках стекла», — пояснил Уодсворт. «Окружая область пространства в середине волокна пузырьками, свет, отражаемый пузырьками, будет задерживаться внутри полой сердцевины».Поскольку свет, проходящий внутри волокна с полой сердцевиной, остается в основном в пустой сердцевине, эти волокна преодолевают тенденцию стекла на основе диоксида кремния поглощать свет с длиной волны более 2,8 микрон.
Диоксид кремния является предпочтительным материалом для оптических волокон, поскольку он недорог, прост в производстве и чрезвычайно прочен.
Создание лазераИсследователи признали, что их новые волокна с полой сердцевиной могут позволить создать новый тип волоконного лазера. Лазерам требуется электрический ток или другой лазер для возбуждения электронов материала, которые затем испускают фотоны, возвращаясь в свое нормальное состояние. Исследователи использовали газообразный ацетилен, потому что он излучает в среднем ИК-диапазоне и его можно возбуждать или накачивать с помощью лазеров, разработанных для телекоммуникационной отрасли.
Волокна с полой сердцевиной позволили улавливать свет и газ в одном месте, так что они могли взаимодействовать на очень большом расстоянии — в данном случае 10 или 11 метров.Исследователи из Университета Бата, а также другие исследовательские группы ранее показали, что газ внутри волокна может взаимодействовать со светом, создавая излучение в среднем ИК-диапазоне. В новой работе исследователи добавили оптоволокно с обратной связью, последний компонент, необходимый для того, чтобы считать устройство настоящим лазером. Волокно обратной связи принимает небольшое количество света, производимого в волокне, содержащем газообразный ацетилен, и использует этот свет для затравки другого цикла усиления света, тем самым уменьшая мощность накачки, необходимую для создания лазерного луча.
Одним из важных преимуществ новой конструкции является использование отработанных телекоммуникационных диодных лазеров, которые практичны, недороги и имеют высокую мощность. Исследователи планируют использовать более мощный лазер накачки для увеличения мощности волоконного газового лазера.Будущее расширение«Мы разработали способ использования света для накачки молекул и генерации света, который не так часто можно увидеть в лазерных системах», — сказал Фей Ю, член исследовательской группы. «Этот новый способ создания газового лазера может быть расширен, чтобы производить все больше и больше типов лазеров, которые были бы невозможны без нашего волокна с полой сердцевиной».
Исследователи говорят, что ряд других газов должен работать с их волоконным газовым лазером, обеспечивая излучение до 5 микрон. «Этот лазер — лишь одно из применений нашего волокна с полой сердцевиной», — сказал Мухаммад Росди Абу Хасан, докторант и первый автор статьи. «Мы видим, что это стимулирует другие применения полого волокна и новые способы взаимодействия различных типов лазерных лучей с газами на разных длинах волн, включая длины волн, которые вы не ожидали бы сработать».