Что-то новое: сверхбыстрый лазер с эффективностью 80% умещается у вас на ладони
Исследователи из Германии разработали компактную систему для генерации чрезвычайно коротких импульсов с эффективностью более 80%, уровень, который ранее считался практически невозможным для таких устройств. Лазер длиной в несколько сантиметров более чем удваивает эффективность лазерных систем ультракоротких импульсов размером с комнату и может совершить революцию в использовании сверхбыстрого света в промышленности, медицине и квантовых исследованиях.
Лазеры с короткими импульсами генерируют импульсы света длительностью в несколько фемтосекунд, что позволяет собирать огромное количество энергии за чрезвычайно сжатые промежутки времени. Они используются в микрообработке, сложных медицинских процедурах, молекулярной визуализации и производстве полупроводников. Однако разработка компактных и эффективных систем всегда была инженерной задачей. Новая система обещает воплотить весь этот потенциал в устройстве размером в несколько квадратных сантиметров, не жертвуя при этом мощностью, длительностью импульса или пропускной способностью.
Группа ученых из Штутгартского университета вместе со своими коллегами из Stuttgart Instruments продемонстрировали, что В принципе достижима эффективность преобразования 80 процентов, т. е. почти вся поступающая энергия может быть преобразована в полезную лазерную энергию, а не потеряна в виде тепла. Для сравнения, современные аналоги достигают лишь около 35%.
Чтобы генерировать короткие импульсы, необходимо усилить входящий световой луч и охватить широкий диапазон длин волн, объясняет Тобиас Стейнле, один из исследователей. До сих пор не удавалось объединить оба свойства одновременно в компактной оптической системе.
В широкополосных усилителях обычно используются тонкие и короткие кристаллы, тогда как для высокопроизводительных систем требуются длинные кристаллы. Некоторые исследовательские группы пытались соединить несколько коротких кристаллов вместе, чтобы каждый кристалл принимал на себя часть усиления. Идея работает на бумаге, но на практике схема требует чрезвычайно тонкой настройки, и вся конфигурация становится нестабильной и трудно масштабируемой.
Команда из Штутгарта решает проблему совершенно по-другому, пишет IE. Они использовали один короткий кристалл, но пропускали через него световые импульсы несколько раз, регулируя и синхронизируя разделенные лучи между каждым проходом.. Такое «многопроходное оптическое параметрическое усиление» сохраняет полосу пропускания, одновременно повышая эффективность.
Готовое устройство генерирует импульсы длительностью менее 50 фемтосекунд, использует всего пять компонентов и занимает площадь всего несколько квадратных сантиметров.
