Как показали последние исследования ученых из США, основанные на углеродных нанотрубках материалы могут использоваться для того, чтобы создавать надежные и практичные волоконные лазеры с синхронизацией мод (лазеры сверхкоротких импульсов).

Так называемые лазеры с синхронизацией мод (или лазеры сверхкоротких импульсов), как становится очевидно из названия, основаны на идее связи фаз различных мод в оптическом усилителе для получения импульсов длительностью порядка нескольких пико- и фемтосекунд. Это самые короткие события в природе, на данный момент известные человеку. Подобные лазеры получили широкое применение в нелинейной оптике, биомедицине и метрологии.

Традиционно строительство подобного лазера требовало специальной подготовки и огромного опыта. Однако новые материалы позволяют значительно упростить данный процесс. Материалы на основе углеродных нантрубок делают решение задачи строительства лазера сверхкоротких импульсов настолько простым, что его сможет воплотить в жизнь даже студент бакалавриата всего лишь за несколько часов при минимальном руководстве извне.

Одним из ключевых конструктивных элементов подобного лазера является просветляющийся поглотитель, именно он позволяет синхронизировать моды излучения, создавая тем самым сверхкороткие импульсы. В волоконных лазерах сверхкоротких импульсов обычно используется один из двух типов просветляющегося поглотителя: полупроводниковые «зеркала» и искусственный поглотитель, работающий на основе нелинейной поляризации. Как показали последние исследования, с этой целью можно использовать и материалы, основанные на углеродных нанотрубках.

Рис. 1. Схема предложенной идеи по включению в конструкцию лазера области просветляющегося поглотителя из углеродных нанотрубок.

Современные углеродные материалы имеют множество применений, в основном, базирующихся на их уникальных физических свойствах. Как показали последние эксперименты, кроме всего прочего, углеродные наноразмерные материалы имеют чрезвычайно короткое время восстановления (условие просветляющегося поглотителя). В некоторых структурах оно может быть менее 1 пс. Таким образом, у этих материалов есть гораздо более масштабные перспективы, нежели у традиционных просветляющихся поглотителей.

Углеродные трубки могут быть включены в конструкцию лазера несколькими способами.

• Первый и, как кажется, наиболее очевидный из них – нанесение тонкой пленки из нанотрубок на поверхность одного из зеркал лазера. К сожалению, такой способ приводит к достаточно легкому повреждению пленки, что свойственно и другим просветляющимся поглотителям.
• Поэтому группа ученых из University of Arizona (США) предложила альтернативную конфигурацию, где взаимодействие света с углеродными нанотрубками осуществляется в некой области волокна. В этой области нанотрубки присутствуют в малой концентрации. Данная конфигурация отличается тем, что излучение взаимодействует с веществом на участке протяженностью несколько миллиметров, а не в сосредоточенной области. Это уменьшает требования к отсутствию механических повреждений на покрытии из нанотрубок, т.е. процесс включения вещества в лазер становится крайне простым.

Используя этот метод, ученые построили лазеры, работающие в различных диапазонах волн. Тестирование показывает, что предложенная методика позволяет создавать надежные и стабильно работающие приборы.

По материалам: