Рассеивающие наночастицы улучшают рабочие характеристики лазеров

«Рассеивание света» и «оптические характеристики» до нынешнего момента были взаимоисключающими понятиями, рассеивание света всегда пагубно влияло на свойства любых оптических устройств и приборов. Но, последние исследования испанских ученых из Instituto de Quimica-Fisica “Rocasolano” и Instituto de Ciencia y Tecnologia de Polimeros в Мадриде совместили эти два понятия, в результате чего был изготовлен новый твердотельный лазер весьма внушительной мощности. Суть этих исследований состояла в том, что в рабочее вещество твердотельного лазера помещались наночастицы определенного материала и размеров. Эти наночастицы значительно увеличили КПД преобразования лазера, поднят, таким образом выходную световую мощность излучения.

Лазеры, сделанные из полимерных материалов с добавлением специальных красителей, могут генерировать очень широкий спектр излучения, от ультрафиолетового до инфракрасного света. Обычно, в качестве полимеров, использующихся для изготовления оболочки жидкого рабочего тела таких лазеров, используются органические материалы, как правило, добавление любых неорганических соединений в состав полимера значительно ухудшало рабочие характеристики лазера, такие как прозрачность и способность генерации лазерного излучения..

Но, испанские исследователи доказали, что включение в состав органического материала наночастиц неорганического вещества очень малого размера, при соблюдении условия неравномерного распределения наночастиц по всему объему, не только не ухудшает оптических свойств материала, но и позволяет добиться увеличения генерации лазера. В качестве наночастиц были использованы многогранные кристаллы вещества oligomeric silsesquioxane (POSS) размерами от 0.5 до 4 нм. POSS является сложным материалом на основе кремния и кислорода, который легко внедряется в состав любого полимера.

Исследователи описывают физику получившегося явления следующим образом – свет, испускаемый устройством накачки лазера, рассеивается наночастицами очень в слабых пределах. За счет этого путь фотонов света становится значительно длиннее, что приводит к увеличению обратной связи и генерации дополнительных фотонов. Ученые назвали это явление «некогерентный случайный лазер».

Такие лазеры могут генерировать высокоэнергетичные световые импульсы и это свойство позволяет их использование в самых различных прикладных областях, начиная от области ядерной физики и заканчивая медициной. При повышенной выходной мощности, габариты этих лазеров весьма малы, что позволит изготавливать портативные и переносные установки, использующие лазеры такого типа.