В Китае создали компактный твердотельный лазер для ранее недоступного ВУФ-диапазона

Китайские учёные из Синьцзянского технического института физики и химии Китайской академии наук разработали новый нелинейно-оптический кристалл ABF (фтороксоборат аммония, NH₄B₄O₆F). Этот материал решает задачу создания компактного вакуумно-ультрафиолетового (ВУФ) источники. До сих пор никому не удалось войти в этот диапазон без значительных затрат, включая ASML.

Открытие китайских учёных, потративших на него более 10 лет, может стать новой страницей в науке и технике.

До сих пор для лазера с длиной волны ниже 200 нм и выше 20 нм требовался синхротрон или источник плазмы. Это установки промышленного масштаба, а китайский твердотельный лазер на кристалле ABF умещается на стандартном верстаке. Ученые сообщили об открытии в последнем выпуске журнала Nature. Они продемонстрировали, как благодаря уникальному сочетанию свойств новая конструкция преодолевает старые ограничения аппаратной массы и размера, обеспечивая высокую прозрачность в ВУФ-диапазоне, сильную нелинейность и рефракцию, достаточную для фазового синхронизма.

Используя технологию удвоения частоты, ученые впервые получили лазерный луч с рекордно короткой длиной волны 158,9 нм – самый короткий зарегистрированный результат для твердотельного лазера.

Кроме того, система достигла максимальной энергии в наносекундном режиме 4,8 мДж (при 177,3 нм) с максимальной эффективностью преобразования до 7,9%. Эти данные делают ABF самым эффективным и мощным твердотельным источником ВУФ на сегодняшний день. ASML однажды попыталась разработать плазменный лазер с длиной волны 158 нм, но после многих лет экспериментов отказалась от этой идеи.

Преимущества кристалла ABF перед его предшественниками огромны: цельнолитая конструкция делает лазер компактным (с размерами настольного устройства), снижает затраты на производство и техническое обслуживание, увеличивает стабильность и срок службы. В отличие от газовых эксимерных лазеров или синхротронных источников, ABF не требует токсичных веществ и работает без огромных вакуумных установок размером с комнату. Это открывает путь к доступным и достаточно мощным ВУФ-лазерам для повседневного и научного применения.

Потенциальные области применения включают сверхточную обработку материалов, контроль и производство полупроводников.включая литографию и контроль качества чипов), квантовые вычисления, спектроскопия сверхпроводников, исследования химических реакций и космические технологии.