Российские ученые предложили способ уменьшить отражение света от поверхности кристаллов, которые используются в оптических приборах, например в лазерных инфракрасных спектрометрах, необходимых в промышленности, медицине и системах мониторинга окружающей среды. Ученые предложили нанести на кристалл специальные микроуглубления, которые на 20% повысили коэффициент пропускания света, что позволяет увеличивать эффективность лазерных систем в целом.

Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда и опубликована в журнале Optics Letters.

Оптические приборы широко используются в современном мире, причем сферы их применения довольно разнообразны. К примеру, широкополосные (то есть охватывающие большой диапазон спектра) лазерные инфракрасные спектрометры могут использоваться в промышленных технологиях, в медицинской диагностике и хирургии, при контроле производственных процессов и в системах мониторинга окружающей среды. Важной частью таких приборов являются нелинейные монокристаллические преобразователи лазерного излучения — кристаллы, которые встраиваются непосредственно в оптическую систему.

Чтобы эффективно преобразовать лазерное излучение, то есть изменить его длину волны, кристаллы должны обладать рядом свойств: например, хорошо пропускать свет, иметь высокую стойкость к оптическому излучению большой мощности (способность сохранять свою целостность) и реагировать на воздействующее световое поле. Этими параметрами обладает селенид галлия (GaSe) — красно-коричневый кристалл, не растворимый в воде.

Несмотря на наличие оптимального набора свойств, у соединения есть важный недостаток — сравнительно высокий показатель преломления, что приводит к большому отражению от граней кристалла. Для уменьшения отражения физики наносят на кристаллы специальные покрытия (тонкие пленки), которые увеличивают коэффициент пропускания света. Однако существующие традиционные покрытия не подходят для селенида галлия из-за его структуры — на поверхности кристалла они расслаиваются и деформируются, соответственно, не обеспечивают антиотражающие свойства.

Идея научного коллектива под руководством кандидата геолого-минералогических наук Алины Голошумовой из Новосибирского государственного университета состоит в том, чтобы радикально повысить эффективность систем с преобразователями излучения на основе кристаллов GaSe.

Исследователи из МГТУ имени Н.Э. Баумана предложили коллегам из НГУ использовать специальные микроструктуры, которые наносятся на поверхность кристаллов с помощью прямой лазерной абляции фемтосекундными импульсами.

Это способ, когда лазеры предельно коротких импульсов передают энергию в атомную решетку кристалла, из-за чего происходит локальное удаление материала в зоне высокой интенсивности лазерного пучка. В результате на поверхности образуются углубления параболической формы диаметром около одного микрометра, которые уменьшают коэффициент отражения кристалла. В результате исследования на одном кристалле селенида галлия были созданы два образца антиотражающего покрытия размером 2х2 миллиметра каждый.

«Коэффициент пропускания света у кристаллов с нашими микрорельефами на 20% выше, чем у необработанных участков. Результаты исследования будут иметь прямое прикладное значение и заложат основу создания новых высокоэффективных нелинейных преобразователей излучения инфракрасного спектра», — рассказывает Михаил Тарабрин, кандидат технических наук, руководитель научной группы в МГТУ имени Н.Э. Баумана.