Международная группа ученых разработала способ снизить потери света в кристаллах, которые используются в перестраиваемых инфракрасных лазерах. Вместо обычного просветляющего покрытия исследователи изменили саму поверхность кристалла с помощью фемтосекундного лазера.
В работе участвовали исследователи Дальневосточного федерального университета, ИАПУ ДВО РАН, научных организаций Новосибирска, а также специалисты из Испании, Германии и Китая. Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Surface Science.
Ученые работали с кристаллами BaGa₄Se₇. Они применяются в перестраиваемых инфракрасных лазерах и позволяют менять длину волны излучения в широком диапазоне — от 0,5 до 17 микрометров. Такие лазеры используют, в частности, для спектроскопии и дистанционного зондирования.
Проблема материала заключается в его сильном преломлении. Из-за этого значительная часть света отражается на границе между воздухом и кристаллом. Обычно потери уменьшают с помощью тонких просветляющих покрытий. Однако на BaGa₄Se₇ такие покрытия держатся недостаточно хорошо и могут разрушаться под воздействием мощного лазерного излучения.
Ученые предложили не наносить дополнительный слой, а изменить саму поверхность кристалла. Фемтосекундный лазер сформировал на его торцах регулярную нанорешетку из линий шириной от 200 до 375 нанометров. Такая структура делает переход между воздухом и кристаллом более плавным для световой волны и уменьшает отражение.
После обработки обеих сторон кристалла его пропускание в коротковолновом инфракрасном диапазоне от 1 до 3 микрометров выросло с 65% до 80%.
Эффект проверили двумя способами — с помощью инфракрасной спектроскопии и прямого измерения мощности излучения перестраиваемого лазерного источника после прохождения через кристалл. Ученые также установили, что лазерная обработка не разрушает исходную кристаллическую структуру материала. Оптические свойства наноструктурированной поверхности сохранялись после года хранения в обычных условиях.
Также ученые испытали мягкий лазерный отжиг. Он позволяет удалить продукты обработки с поверхности и дополнительно усилить просветляющий эффект.
«Лазерная самоорганизация позволяет сформировать нанорешетки без использования жесткой фокусировки лазерного пучка, а значит, метод подходит для обработки сравнительно больших площадей».
Станислав Гурбатов, соавтор исследования, доцент Базовой кафедры фотоники и цифровых лазерных технологий Политехнического института ДВФУ
В перспективе такой подход может применяться для улучшения оптических характеристик нелинейных кристаллов в оптических параметрических генераторах, усилителях и других инфракрасных устройствах.
Источник: Минобрнауки России
Читайте также:
В Новосибирске разработали приборы вакуумной микроэлектроники для работы в экстремальных условиях
Найден способ улучшить свойства углерода для аккумуляторных анодов