Создан компактный лазер с рекордным КПД для медицины и квантовых исследований

Многопроходный оптический параметрический усилитель с лазерным лучом. Новая система демонстрирует разработку высокоэффективных и компактных лазеров с короткими импульсами. Автор: Университет Штутгарта / Йонас Хербиг и Йоханн Таннхаймер

Исследователи из Университета Штутгарта совместно со Stuttgart Instruments GmbH создали компактный лазер, который более чем в два раза эффективнее существующих аналогов. Устройство размером с ладонь способно генерировать сверхкороткие световые импульсы и может найти применение в медицине, производстве и квантовых исследованиях. Результаты работы опубликованы в журнале Nature.

Профессор Харальд Гиссен, руководитель 4-го физического института Университета Штутгарта, заявил:

«С нашей новой системой мы можем достичь уровней эффективности, которые ранее были практически недостижимы».

В ходе испытаний команда продемонстрировала, что лазеры с короткими импульсами могут достигать КПД 80%, тогда как современные технологии обеспечивают лишь около 35%.

Короткоимпульсные лазеры излучают вспышки длительностью от нано- до фемтосекунд. Благодаря такой кратковременности большое количество энергии может быть доставлено в крошечную область практически мгновенно. Новая система сочетает лазер накачки с короткоимпульсным лазером, где специальный кристалл преобразует энергию накачки в инфракрасное излучение.

Доктор Тобиас Штайнле, ведущий автор исследования, объяснил:

«Эффективное проектирование короткоимпульсных лазеров остается нерешенной задачей. Для генерации коротких импульсов нам необходимо усиливать входящий световой пучок и охватывать широкий диапазон длин волн».

Команда решила эту проблему с помощью многопроходной стратегии — свет многократно проходит через один короткий кристалл в оптическом параметрическом усилителе. В результате система генерирует импульсы короче 50 фемтосекунд, занимает всего несколько квадратных сантиметров и использует всего пять компонентов.

Штайнле добавил:

«Наша многопроходная система демонстрирует, что чрезвычайно высокая эффективность не должна достигаться за счет полосы пропускания. Она может заменить большие и дорогие лазерные системы с высокими потерями мощности».

Конструкция может быть настроена для различных длин волн и длительностей импульсов. Перспективные области применения включают медицину, аналитические методы, газовый анализ и мониторинг окружающей среды.