В Принстонском университете проведён оригинальный опыт по созданию лазера «обратного» действия.

Лазер такого типа удобно использовать для обнаружения интересующих экспериментатора молекул (скажем, загрязняющих веществ) или атомов в окружающей среде. Он имеет одно важное преимущество: устройство, регистрирующее его излучение, можно установить рядом с источником накачки. При этом лазер накачки и регистрирующая аппаратура не будут отделены друг от друга исследуемым объёмом, а создаваемый пучок будет направлен в «обратную» сторону — к источнику.

Идея лазера заключается в том, чтобы направить излучение накачки на небольшой объём газа, ионизовать находящиеся там атомы и добиться генерации лазерного излучения, которое должно возвращаться назад. В 2004 году эту схему — на примере азота — реализовали физики из канадского Университета Лаваля, но им потребовался мощный лазер накачки, а измеренный коэффициент усиления оказался невелик.

Американские физики заменили азот кислородом. Здесь излучение лазера накачки, работающего на длине волны в 226 нм, будет вызывать диссоциацию молекулярного кислорода и возбуждение полученных атомов, а результатом этого должна стать лазерная генерация на длине волны в 845 нм.

Рис. 1. Двухфотонная диссоциация молекулы кислорода и последующее двухфотонное резонансное возбуждение атома, которое вызывает излучение на длине волны в 845 нм. (Иллюстрация из журнала Science).

В опытах излучение накачки фокусировалось с помощью линзы, создавая вытянутый рабочий объём — цилиндр с диаметром основания в 10 мкм и высотой в 1 мм. Такая геометрия задаёт два противоположных направления для пучка на 845 нм, одно из которых и будет «обратным». Установка продемонстрировала хороший коэффициент оптического усиления, превышающий 60 см^-1.

Полная версия отчёта опубликована в статье:

Arthur Dogariu, James B. Michael, Marlan O. Scully and Richard B. Miles High-Gain Backward Lasing in Air. – Science. – 28 January 2011: Vol. 331 no. 6016 pp. 442–445 DOI: 10.1126/science.1199492.