Ученые предложили способ контроля некогерентного случайного лазера
 Схематическое изображение принципа работы системы контроля "случайного" лазера. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Обычный лазер состоит из двух параллельных друг другу отражающих поверхностей (резонаторов) и специальной среды, осуществляющей усиление оптического излучения при прохождении волны между резонаторами. В «случайном» лазере вместо резонатора свет рассеивается множеством находящихся в среде нанообъектов, например, наночастицами оксида цинка. При оптической накачке среда испускает свет на многих длинах волн и в различных направлениях. Но, поскольку в «случайном» лазере конструктивно нет чувствительного к температуре и вибрациям оптического резонатора, потенциально он дешевле и надежнее, чем обычный лазер. Кроме того, частота его излучения может регулироваться в широком диапазоне длин волн.
Хотя предсказан теоретически «случайный» лазер был еще в 1960-х годах, впервые воплотить его в жизнь ученые смогли лишь около 10 лет назад. И одна из основных проблем, с которыми столкнулись ученые при изучении такого источника света – контроль испускаемой длины волны. Оптическая накачка при малой мощности действительно позволяет получить только одну длину волны, но она не может быть изменена или «выбрана» заранее.
В своей последней работе группа ученых из Institute of Industrial Physics and Chemistry (ESPCI ParisTech, Франция) предложила решение этой проблемы. Исследователи предложили систему, которая позволяет контролировать длину волны «случайного» лазера и подтвердили ее работоспособность компьютерным моделированием. Подробные результаты работы ученых были опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Для простоты модели ученые использовали одномерный лазер, однако, по их мнению, двумерный и трехмерный должны работать по тем же принципам. В предложенной модели лазер состоит из 161 генерирующего излучение слоя различной толщины (около 100 нм), между которыми находятся воздушные зазоры (200 нм шириной). Оптическая накачка среды осуществляется в направлении, перпендикулярном главной оси лазера, причем, излучение накачки проходит через так называемый пространственный модулятор света, прежде чем воздействовать на среду. Пространственный модулятор позволяет программировать профиль световой волны, выбирая интенсивность для каждой частоты и области пространства (аналогичное устройство используется в LCD-проекторах). Для выбора нужного профиля модулятор получает информацию о выходном пучке лазера, корректируя параметры накачки для получения нужного результата.
Идея системы основана на том, что «случайный» лазер имеет множество областей со своими режимами работы (под режимом понимается способность усиливать свет определенной длины волны). При определенных условиях эти режимы одинаковы для всего объема среды, но во всех остальных случаях – области формируют внутри лазера сложные узоры. Эксперименты показали, что если накачка задействует только часть среды, итоговый световой поток будет содержать только вклад от этой части. А работа исследователей из Франции показывает, как выбирать один режим в самом начале.
Команда надеется, что в будущем предложенная ими технология позволит не создавать под каждую задачу свой сложный лазер, а настраивать «универсальный случайный» лазер под текущие условия. Кроме того, случайный лазер может стать источником ультрафиолетового когерентного излучения (для которого ученые до сих пор так и не смогли подобрать простых зеркал).
Также по теме:
- Охлаждение при помощи теплого света
- Лазер на атомном ядре может быть не только математической абстракцией
- Использование наногетеропереходов позволяет улучшить солнечные батареи
- Новая методика захвата света позволяет сделать солнечные батареи тоньше
- Связывание квантовых точек повысит производительность солнечных батарей
- Новая методика захвата света позволяет сделать солнечные батареи тоньше
Источники: