Российские ученые впервые синтезировали уникально чистое халькогенидное стекло на основе селенидов галлия, германия, сурьмы с добавкой празеодима и создали волоконный лазер, генерирующий в среднем инфракрасном диапазоне на рекордной длине волны 5,8 микрометров. Применение высокочистого селенидного стекла расширило доступный диапазон длин волн в волоконных лазерах на внушительные 50%. Энергия для возбуждения подается от недорогого диода, что сулит снижение цены устройств и упростит их внедрение в управление технологическими процессами, экологический контроль и медицинскую диагностику. Исследование при поддержке РНФ опубликовано в Optical Materials.
Потребность в глубоком инфракрасном излучении
Волоконные световоды с легированной стеклянной сердцевиной поглощают лазерный свет и преобразуют его в излучение в другом световом диапазоне. Существующие фторидные и теллуритные волоконные лазеры выдают средний ИК-свет лишь до 3,9 микрометров, тогда как медицина и промышленность нуждаются в лазерах с большей длиной волны.
Потенциал халькогенидных материалов
Световоды из селенидов и сульфидов (Ge, Ga, Sb) с ионами редких земель считались перспективными для генерации излучения свыше 4 микрометров. Хотя применение халькогенидных лазеров пока не стало массовым, их рабочий спектр идеально перекрывает линии поглощения ключевых веществ (метан, NOx, CO, SOx). Это открывает революционные возможности для управления химпроизводством, экологического мониторинга и неинвазивной диагностики эндокринных и гастроэнтерологических заболеваний.
Прорыв нижегородских ученых
Специалисты Института химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых РАН (Нижний Новгород) первыми разработали волоконный лазер на халькогенидном стекле, стабильно излучающий в среднем ИК-диапазоне на длинах 5.6–5.83 мкм. Основой стал уникальный по чистоте селенидный стеклообразный материал, практически лишенный примесей (водород, кислород, частицы металлов), в который внедрен празеодим.
Инновационная технология очистки
В вакуумном кварцевом реакторе пары селена последовательно реагировали с германием и сурьмой. Далее празеодим и галлий загружались методом химического парового транспорта при 780°C. Этап дополнительно очистил селениды от вредных включений. Расплав в качающейся печи подвергли закалке и отжигу. Готовое стекло имело чистоту 99.9999%! Сформированные из него световоды имели длину свыше 50 м при диаметре 0.22 мм и сердцевине всего 0.026 мм.
Выдающиеся характеристики лазера
Испытания подтвердили способность световода генерировать лазерное излучение. Возбуждение осуществлялось недорогим ИК-диодом (1.46 мкм). Его широкий луч устранил трудоемкую юстировку. Лазер на халькогенидном волокне с празеодимом показал стабильную генерацию в ИК-диапазоне до 5.83 мкм с выходной мощностью, не уступающей лучшим мировым аналогам.
Планы по совершенствованию технологии
«Наш лазер – прорыв в области среднего ИК, – делится руководитель проекта гранта РНФ Максим Суханов, к.х.н. из ИХВВ РАН. – Мы работаем над ростом его мощности и КПД, постепенно повышая концентрацию празеодима без ущерба чистоте стекла. Задача сложная: лантаноиды плохо растворяются в халькогенидных матрицах и сами несут риск загрязнения».
Источник: indicator.ru
