Создан компактный и эффективный рамановский лазер

В основе концепции рамановского лазера лежит так называемый «эффект Рамана» — сдвиг частоты излучения при его прохождении сквозь вещество. Как правило, для проявления эффекта требуется мощный внешний источник излучения, позволяющий компенсировать ослабление светового потока при прохождении сквозь материал. Американским ученым удалось впервые построить квантовый генератор, в котором были бы объединены и источник света и среда, при прохождении через которую проявляется рамановский сдвиг. Фактически, им удалось построить систему из "вложенных" друг в друга лазеров. Более того — впервые создан рамановский лазер с электрическим управлением. Авторы изобретения — Мариано Трокколи (Mariano Troccoli), Эртугрул Кубучу (Ertugrul Cubukcu) и Федерико Капассо (Federico Capasso) из Гарвардского университета, Алексей Белянин из Техасского университета сельского хозяйства и механики, а также Дебора Л. Сивко (Deborah L. Sivco) и Альфред Чо (Alfred Y. Cho) из лабораторий Белла (компания Lucent Technologies).

Как сообщает Space Daily, в новом лазере под воздействием электрического тока генерируется лазерное излучение, которое, проходя сквозь вещество, в свою очередь, образует рамановское лазерное излучение. Устройство обладает высокой эффективностью — до 30% потребляемой энергии высвечивается в виде рамановского излучения. Ключом к достижению столь высоких показателей явилась конструкция из «вложенных» друг в друга слоев, одним из авторов идеи которой является Алексей Белянин. «Конструкция в виде „матрешки“, — поясняет он, — в которой один слой располагается внутри другого, позволила кардинально усовершенствовать прибор. Благодаря этому излучение лазера накачки может быть настроено на частоту сильного электронного резонанса в материале. Это позволило на пять порядков повысить эффективность рамановского лазера в сравнении с классическими источниками рамановского излучения, в которых достичь резонанса не удается из-за сильного поглощения».

Другим достоинством нового лазера, помимо высокой энергетической эффективности, является компактность исполнения — фактически, он представляет собой полость шириной несколько микрон и длиной несколько миллиметров. Столь малые размеры открывают возможность применения нового лазера в таких устройствах как DVD-плееры, устройства чтения штрих-кодов, а также в медицине — например, в рефракционной коррекции глаза.

«Вероятно, наиболее важным аспектом открытия является тот факт, что новый лазер от классического рамановского сдвига уже не зависит, — полагает г-н Трокколи. — Вместо этого мы использовали режим внутренних электронных осцилляций, настраиваемый по частоте в пределах широкого диапазона только за счет изменения толщины материала. Это позволяет создать более гибкий прибор, который может работать при комнатной температуре. Мы можем настроить его так, что лазер будет излучать в той области инфракрасного диапазона, где лежат характерные молекулярные полосы поглощения, и впоследствии расширить его до терагерцового диапазона (от 3 мм до 0,003 мм), в котором большинство материалов становятся прозрачными».

Быстрый прогресс в области разработки рамановских лазеров, наблюдаемый в последнее время, способен оказать значительное влияние на промышленность и технологии. В этом плане возможность создания компактного и эффективного терагерцового источника видится особенно перспективной. Это излучение легко проникает, в частности, сквозь одежду и упаковочные материалы, что открывает практически неисчерпаемые перспективы применения в таких насущных областях как, к примеру, борьба с терроризмом.