Нещо ново: Свръхбърз лазер с 80% ефективност се побира в дланта на ръката ви

Изследователи от Германия разработиха компактна система за генериране на изключително кратки импулси с ефективност над 80% – ниво, което досега се смяташе за почти невъзможно за подобни устройства. Лазерът, дълъг няколко сантиметра, надхвърля повече от два пъти ефективността на ултракъсите импулсни лазерни системи с размер на стая и може да доведе до революция в използването на свръхбързата светлина в промишлеността, медицината и квантовите изследвания.

Лазерите с къси импулси генерират светлинни импулси с продължителност няколко фемтосекунди, което позволява да се съберат огромни количества енергия в изключително сгъстени времеви интервали. Те се използват при микрообработката, сложните медицински процедури, молекулярното изобразяване и производството на полупроводници. Въпреки това разработването на системи, които са едновременно компактни и ефективни, винаги е било инженерно предизвикателство. Новата система обещава да събере целия този потенциал в устройство с площ от няколко квадратни сантиметра, без да жертва мощност, продължителност на импулса или пропускателна способност.

Група учени от университета в Щутгарт заедно с колегите си от Stuttgart Instruments са демонстрирали, че 80-процентната ефективност на преобразуване е принципно постижима, т.е. почти цялата входяща енергия може да се превърне в полезна лазерна енергия, а не да се изгуби под формата на топлина. За сравнение, съвременните аналози постигат едва около 35%.

За да се генерират къси импулси, е необходимо да се усилва входящият светлинен лъч и да се покрива широк диапазон от дължини на вълните, обяснява Тобиас Щайнле, един от изследователите. Досега не е било възможно да се съчетаят двете свойства едновременно в компактна оптична система.

Обикновено в широколентовите усилватели се използват тънки и къси кристали, докато високопроизводителните системи изискват дълги кристали. Някои изследователски групи са опитали да свържат няколко къси кристала заедно, така че всеки кристал да поеме част от усилването. Идеята е работеща на хартия, но на практика подреждането изисква изключително прецизна настройка и цялата конфигурация става нестабилна и трудна за мащабиране.

Екипът от Щутгарт решава проблема по съвсем различен начин, пише IE. Те са използвали един-единствен къс кристал, но са пропускали светлинни импулси през него няколко пъти, като са настройвали и синхронизирали разделените лъчи между всяко преминаване. Това „многопроходно оптично параметрично усилване“ запазва широчината на честотната лента, като същевременно подобрява ефективността.

Готовото устройство генерира импулси с продължителност под 50 фемтосекунди, използва само пет компонента и заема площ от само няколко квадратни сантиметра.