МОСКВА, 29 окт – РИА Новости. Физики из МФТИ, МГУ и Российского квантового центра выяснили, как можно использовать дешевый лазерный диод для создания сверхчувствительного карманного гаджета, способного искать следы ядов, определять химический состав напитков и находить опасных микробов в выдыхаемом воздухе. Принципы его работы были описаны в журнале Nature Photonics.
Лазерная карусель
Два года назад Городецкий и его коллеги создали компактное устройство, фотонный чип, который позволяет получать лазерный луч с необычным спектром, похожим на расческу или гребенку, для чего обычно применяется сложная, громоздкая и дорогостоящая система лазеров.
По словам физика, разработанная его группой технология позволит уменьшить этот прибор в "сто тысяч раз". Классическое устройство такого типа представляет собой коробку размерами метр на метр, а объем их компактного резонатора составит всего один кубический сантиметр.
Такие "гребенчатые" импульсы интересны ученым и инженерам из-за того, что они позволяют "конвертировать" сигналы из радиочастотной части спектра в оптический диапазон и наоборот, что поможет в разы улучшить точность GPS-приемников, часов, спектрометров и астрономических приборов. За открытие методики создания этой "гребенки" при помощи лазеров Джон Холл и Теодор Хэнш получили нобелевскую премию по физике 2005 года.
Основой этого прибора стал так называемый микрорезонатор. Если говорить просто, он представляет собой кольцо-"бублик" из особого материала, нитрида кремния или фторида магния, где свет движется по кругу, отражаясь от его стенок. Стенки этого прибора можно построить таким образом, что определенные импульсы будут усиливаться, а другие – гаситься, что и позволяет получать лазерные импульсы с "гребенчатым" спектром.
Сила самоорганизации
В прошлом, как отмечает Городецкий, его команда экспериментировала с "высококачественными" источниками лазерного излучения, способными вырабатывать очень "одноцветное" излучение. Их миниатюризация – достаточно сложное и дорогое занятие, и поэтому российские физики задумались о том, можно ли заменить их более дешевыми и компактными лазерными диодами.
"Для того чтобы сузить линию диодного лазера, его стабилизируют либо внешним резонатором, либо дифракционной решеткой. Это позволяет сузить полосу, но за это приходится расплачиваться сильным снижением мощности. О низкой цене и компактности тоже можно забыть", – объясняет Городецкий.
Российские физики смогли решить эту проблему, используя тот же самый микрорезонатор и набор линз. Оказалось, что подобные "бублики" могут автоматически стабилизировать излучение даже самых простых лазерных диодов с очень "широким" спектром излучения, если правильно подобрать длину волны и частоту импульсов. При этом мощность лазера не только не падает, но и вырастает за счет уничтожения лишних пиков в спектре и переноса их энергии на "главный" пик излучения.
Комбинация дешевых лазеров и оптических резонаторов, как отмечают ученые, позволит встроить очень чувствительные и надежные газоанализаторы и химические детекторы в смартфоны и другие гаджеты. Этими разработками уже давно заинтересовалась компания Samsung, в чьих телефонах в далеком будущем может появиться подобное устройство.
Помимо химического анализа, такие "гребенки" и производящие их резонаторы можно применять для создания компактных инструментов для орбитальных обсерваторий и прочих спутников, куда установить "обычную" лазерную установку невозможно из-за ее размеров и энергоаппетитов.
