Оптическое волокно использовано для изготовления лазера, генерирующего излучение с длиной волны 2 мкм

Федеральная политехническая школа Лозанны

В последние годы исследователи проявляют возрастающий интерес к лазерам с длиной волны излучения 2 мкм. Двухмикронная область спектра потенциально может быть использована в медицине, науках, связанных с изучением окружающей среды, и в промышленности. На этих длинах волн лазерное излучение легко поглощается молекулами воды, которая является основным компонентом ткани человека. В области высокоточной хирургии они могут использоваться для нацеливания на молекулы воды во время операции и позволяют делать надрезы на очень маленьких площадях ткани человека, без глубокого проникновения режущего инструмента. Более того, энергия лазера вызывает коагуляцию крови в ране, тем самым предотвращая кровотечение. Двухмикронные лазеры чрезвычайно полезны для дистанционного сбора важных метеорологических данных в атмосфере. Они также высокоэффективны при обработке различных материалов.

Однако двухмикронные лазеры находятся в начальной стадии развития и не так совершенны, как лазеры, используемые в телекоммуникационном оборудовании (1,55 мкм). Кроме того, применяемые в настоящее время лазеры имеют довольно большие габариты и дорого стоят. Волоконно-оптические 2-микронные лазеры являются элегантным решением подобных проблем. Именно в этом направлении и продвинулись исследователи лаборатории PSHOL (Photonics Systems Laboratory).

В статье, опубликованной в журнале Light: Science & Applications, группа Камиллы Брес (Camille Bres) из EPFL сделала подробное сообщение о подходе к конструированию этих лазеров при небольших затратах, суть которого состоит в изменении способа соединения оптических волокон. Благодаря новой конструктивной реализации оказалось возможным не только изготовить очень хороший двухмикронный лазер, но и обойтись без дорогого и сложного компонента.

Для того чтобы создать двухмикронный волоконный лазер, свет обычно вводится в волоконно-оптическое кольцо, в котором есть зона усиления излучения с длиной волны 2 мкм. Оптическое излучение циркулирует в кольце, многократно проходя через зону усиления. При этом мощность излучения постоянно возрастает, до тех пор пока все устройство не начнет действовать как лазер.
Для обеспечения оптимальных условий работы в эти системы включают дорогостоящий элемент, называемый изолятором и обеспечивающий циркуляцию оптического излучения в одном направлении.

В PSHOL исследователи создали лазеры на основе волокна с примесью тулия, которые работают без изолятора. Идея заключается в том, чтобы не соединять отрезки волокна так, как делалось прежде, а направлять излучение в нужную сторону, вместо блокировки его распространения. Это означает, что больше не понадобится изолятор, чья функция заключается в остановке прохождение света в запрещенном направлении.

Новая система оказалась не только менее дорогостоящей по сравнению с используемыми в настоящее время, но и способной генерировать лазерное излучение, имеющее лучшие характеристики. Объясняется это следующим образом: выходное излучение лазера становится более чистым, поскольку оно взаимодействует само с собой особым образом благодаря выбранному химическому составу и размерам волокон — усилителей и большому уровню мощности оптического сигнала, циркулирующего в лазере, обладающем нетипичной архитектурой.

Как следует из публикации, в разработанной исследователями архитектуре сочетание усиливающих волокон и большой мощности действительно улучшает параметры лазера, в то время как характеристики обычных лазеров это сочетание ухудшает.