Anxious Albatross
Проверенный
Ученые впервые получили особо чистое халькогенидное стекло из селенидов галлия-германия-сурьмы с добавкой элемента празеодима и создали на его основе волоконный лазер, который генерирует излучение в среднем инфракрасном диапазоне с длиной волны 5,8 микрометров. За счет использования особо чистого селенидного стекла диапазон доступных длин волн в стеклянных волокнах расширился на 50% с 3,9 до 5,8 микрометров. При этом возбуждение лазера производится от доступного диода, что позволит снизить стоимость разрабатываемых лазеров и повысит их доступность и простоту практического применения в регуляции производственных процессов, экологическом мониторинге и медицинской диагностике. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Optical Materials.
Оптические волокна (световоды), состоящие из стеклянной оболочки и стеклянной сердцевины, в которую добавлены ионы редкоземельных металлов, способны поглощать внешнее лазерное излучение и генерировать собственное лазерное свечение в другом спектральном диапазоне. Традиционно для создания волоконных лазеров среднего инфракрасного диапазона используют фторидные и теллуритные стекла. Однако их длина волны не превышает 3,9 микрометров, при этом для промышленности и медицины необходимы лазеры, испускающие излучение с большей длиной волны.
Стеклянные волоконные световоды на основе сульфидов и селенидов германия, галлия и сурьмы, обогащенные ионами лантаноидов, давно рассматривались как потенциальные источники лазерного излучения с длиной волны более 4 микрометров. Широкого применения халькогенидные волоконные лазеры пока еще не нашли, но спектральный диапазон их работы совпадает с полосами поглощения многих практически значимых органических и неорганических веществ, таких как метан, оксиды азота, углерода, серы. Это может быть использовано для их определения и управления химическими производственными процессами, в сфере экологического мониторинга, в неинвазивной экспресс-диагностике некоторых эндокринологических заболеваний и болезней пищеварительной системы.
Ученые из Института химии высокочистых веществ имени Г.Г. Девятых РАН (Нижний Новгород) впервые создали волоконный лазер на основе халькогенидного стекла, генерирующий среднее инфракрасное излучение с длиной волны 5,6–5,83 микрометра. Сначала исследователи получили особо чистое селенидное стекло с пониженным содержанием мешающих примесей — водорода, кислорода, металлов и частиц, — в которое добавили празеодим.
Для этого в кварцевом реакторе при нагревании в условиях высокого вакуума они пропустили пары селена через германий и сурьму. К полученной смеси селенидов методом химического парового транспорта при 780°С загружали празеодим и галлий. Это позволило дополнительно очистить селениды от вредных примесей. Полученную смесь плавили в качающейся печи, после чего закалили и отожгли полученное стекло. Оно содержало менее 0,0001% примесей. Из этого стекла исследователи сформировали сердцевину волоконного световода. Ученые вытянули из материала более 50 метров оптического волокна с диаметром 0,22 миллиметра и сердцевиной диаметром 0,026 миллиметра.
Затем авторы исследовали способность полученного световода генерировать лазерное излучение, а также его спектральные и энергетические характеристики. Авторы подавали в оболочку волокна излучение от коммерчески доступного инфракрасного диода с длиной волны 1,46 микрометров. Широкий луч используемого источника позволил избежать трудоемкого прицеливания в сердцевину волокна. Оказалось, что лазер на основе халькогенидного волокна, обогащенный празеодимом, излучал в среднем инфракрасном диапазоне с длиной волны 5,6–5,83 микрометра и максимальной выходной мощностью, сопоставимой с лучшими аналогами.
«Мы впервые разработали лазеры, испускающие среднее инфракрасное излучение. Сейчас мы работаем над повышением энергетической эффективности лазера и его мощности. Для этого мы планируем увеличить концентрацию празеодима в стекле с сохранением его высокой чистоты по мешающим примесям. Это не просто, ведь растворимость редкоземельных металлов в халькогенидных стеклах мала, а сами они выступают основным источником примесей», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Максим Суханов, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института химии высокочистых веществ имени Г.Г. Девятых РАН.
Продолжить чтение...
Оптические волокна (световоды), состоящие из стеклянной оболочки и стеклянной сердцевины, в которую добавлены ионы редкоземельных металлов, способны поглощать внешнее лазерное излучение и генерировать собственное лазерное свечение в другом спектральном диапазоне. Традиционно для создания волоконных лазеров среднего инфракрасного диапазона используют фторидные и теллуритные стекла. Однако их длина волны не превышает 3,9 микрометров, при этом для промышленности и медицины необходимы лазеры, испускающие излучение с большей длиной волны.
Стеклянные волоконные световоды на основе сульфидов и селенидов германия, галлия и сурьмы, обогащенные ионами лантаноидов, давно рассматривались как потенциальные источники лазерного излучения с длиной волны более 4 микрометров. Широкого применения халькогенидные волоконные лазеры пока еще не нашли, но спектральный диапазон их работы совпадает с полосами поглощения многих практически значимых органических и неорганических веществ, таких как метан, оксиды азота, углерода, серы. Это может быть использовано для их определения и управления химическими производственными процессами, в сфере экологического мониторинга, в неинвазивной экспресс-диагностике некоторых эндокринологических заболеваний и болезней пищеварительной системы.
Ученые из Института химии высокочистых веществ имени Г.Г. Девятых РАН (Нижний Новгород) впервые создали волоконный лазер на основе халькогенидного стекла, генерирующий среднее инфракрасное излучение с длиной волны 5,6–5,83 микрометра. Сначала исследователи получили особо чистое селенидное стекло с пониженным содержанием мешающих примесей — водорода, кислорода, металлов и частиц, — в которое добавили празеодим.
Для этого в кварцевом реакторе при нагревании в условиях высокого вакуума они пропустили пары селена через германий и сурьму. К полученной смеси селенидов методом химического парового транспорта при 780°С загружали празеодим и галлий. Это позволило дополнительно очистить селениды от вредных примесей. Полученную смесь плавили в качающейся печи, после чего закалили и отожгли полученное стекло. Оно содержало менее 0,0001% примесей. Из этого стекла исследователи сформировали сердцевину волоконного световода. Ученые вытянули из материала более 50 метров оптического волокна с диаметром 0,22 миллиметра и сердцевиной диаметром 0,026 миллиметра.
Затем авторы исследовали способность полученного световода генерировать лазерное излучение, а также его спектральные и энергетические характеристики. Авторы подавали в оболочку волокна излучение от коммерчески доступного инфракрасного диода с длиной волны 1,46 микрометров. Широкий луч используемого источника позволил избежать трудоемкого прицеливания в сердцевину волокна. Оказалось, что лазер на основе халькогенидного волокна, обогащенный празеодимом, излучал в среднем инфракрасном диапазоне с длиной волны 5,6–5,83 микрометра и максимальной выходной мощностью, сопоставимой с лучшими аналогами.
«Мы впервые разработали лазеры, испускающие среднее инфракрасное излучение. Сейчас мы работаем над повышением энергетической эффективности лазера и его мощности. Для этого мы планируем увеличить концентрацию празеодима в стекле с сохранением его высокой чистоты по мешающим примесям. Это не просто, ведь растворимость редкоземельных металлов в халькогенидных стеклах мала, а сами они выступают основным источником примесей», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Максим Суханов, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института химии высокочистых веществ имени Г.Г. Девятых РАН.
Продолжить чтение...