Российские ученые создали лазерный источник среднего инфракрасного диапазона на основе кристалла селенида кадмия с включениями ионов хрома. Впервые выходная мощность такого лазера достигла 2,3 Ватта, что почти в полтора раза больше, чем у предыдущих моделей. Это стало возможным благодаря специальной системе линз и зеркал, компенсирующей тепловые эффекты при работе лазера. Такие лазеры могут быть использованы для изучения разных тканей человека. С результатами работы можно ознакомиться в журнале Optics Express, исследования поддержаны Президентской программой исследовательских проектов Российского научного фонда.

Сегодня лазеры прочно вошли в нашу жизнь. С их помощью производят высокоточные измерения и медицинские операции. Их используют для изучения просторов космоса и гравировки по металлу, в качестве оптических прицелов для оружия и для создания световых шоу. Лазерные источники излучают узконаправленные пучки света со строго заданными характеристиками, такими как длина волны, обуславливающая цвет в видимом диапазоне, и амплитуда, определяющая интенсивность пучка (обычные лампочки создают рассеянный белый свет, представляющий собой смесь потоков многих цветов одновременно).

Основная составляющая лазера — это активная среда. Она может быть жидкой, твердой и газообразной, важна только способность к испусканию квантов света после определенного воздействия, сопряженного с включением источника. Таким пусковым механизмом может стать излучение другого лазера, импульс тока или химическая реакция, протекающая в активной среде.

Довольно часто в качестве активной среды для лазеров среднего инфракрасного диапазона используют кристаллы с примесями различных ионов, например селенид кадмия с примесью ионов хрома. В лазерах с такими кристаллами было замечено, что под действием активирующего излучения активная среда может сильно нагреваться. Ученые из МГТУ имени Н.Э. Баумана решили проверить, как нагревание среды влияет на ее способность к испусканию квантов света — люминесценции. Нагретые образцы селенида кадмия активировали с помощью другого лазера и измеряли время, в течение которого кристалл испускал свечение. Эксперимент показал, что чем выше температура среды, тем быстрее в ней проходит люминесценция, а это приводит к снижению эффективности источника света. Ученые создали связанную с кристаллом систему из линз и зеркал, позволяющую получить стабильное излучение высокой мощности в условиях экстремального нагрева лазерного кристалла.

«Нам удалось получить рекордную для лазеров данного типа мощность — 2,3 Ватта. Источники среднего инфракрасного излучения могут быть использованы для изучения оптических и теплофизических параметров различных биотканей человека. Созданный нами лазер после небольших доработок будет обладать значительным преимуществом перед существующими сегодня моделями: перестройка лазера по шкале длин волн позволит варьировать глубину проникновения излучения в ткани», — подводит итог Владимир Лазарев, начальник лаборатории стабилизированных лазерных систем научно-образовательного центра «Фотоника и ИК-техника» МГТУ имени Н.Э. Баумана.

В проекте также принимали участие сотрудники Физического института имени П.Н. Лебедева РАН, вырастившие лазерные кристаллы по уникальной технологии.