Використання кристалів алмазу дозволило створити універсальні перебудовувані лазери нового покоління
Група дослідників з університету Стратклайда (University of Strathclyde), Глазго, розробила новий тип високоефективного універсального і безперервно діючого лазера на основі ефекту Рамана, в якому в якості робочого тіла виступає кристал алмазу. Використання цього матеріалу дозволяє отримати лазерний промінь більшої потужності і в більшому діапазоні довжин хвиль світла, ніж інші лазери Рамана, що існують в даний час. Завдяки таким видатним характеристиками ці нові лазери, безсумнівно, знайдуть у недалекому майбутньому широке застосування в науці, медицині, в обладнанні контролю навколишнього середовища і в різних галузях промисловості.
Лазери Рамана працюють за рахунок оптичного накачування, коли енергія, необхідна для їх роботи надходить ззовні у вигляді світла від іншого джерела. Енергія світла накачування призводить до нагрівання матеріалу робочого тіла, який починає випромінювати когерентний монохроматичне світло, і, чим більш рівномірно відбувається розподіл тепла всередині робочого тіла, тим якісніше виходять характеристики світла лазера Рамана. Змінюючи довжину хвилі накачки, наприклад, за рахунок використання перенастраиваемого дискового напівпровідникового лазера, можна керувати довжиною хвилі світла, який випромінює лазер Рамана.
Кремній та інші матеріали, які традиційно використовуються в якості робочого тіла лазерів Рамана, що дозволяють змінити колір (довжину хвилі) випускається світла, в більшості випадків є джерелами обмежень функціональності цих лазерів. Одні матеріали дозволяють варіювати світло лазера в широких межах, але забезпечують малу вихідну потужність лазерного променя світла або допускають тільки імпульсний режим роботи лазера. Інші матеріали можуть забезпечити безперервну роботу лазера, але їх фізичні і оптичні властивості не дозволяють змінювати колір світла лазера в широкому діапазоні.
Але основним "каменем спотикання" матеріалів тіла лазерів Рамана є теплопровідність цих матеріалів, низьке значення якого не допускає створення лазера високої потужності. Тому ідеальним варіантом для використання в таких лазерах є алмаз, який крім прекрасних оптичних характеристик має одне з найбільших серед інших матеріалів значення питомої теплопровідності.
"Наші нові алмазні лазери здатні провести світло в діапазоні від самого високоенергетичного ультрафіолетового світла до середини діапазону довгохвильового інфрачервоного світла, включаючи весь діапазон видимого світла" - розповідає професор Мартін Доусон (Professor Martin Dawson) з Інституту фотоніки університету Стратклайда, група якого першою почала працювати в даному напрямку, - "Це означає, що нові лазери можна використовувати практично в будь-якій області, де потрібно лазерний світло з особливими параметрами".
"Використання кристалів алмазів в лазерах відкриває світ нових можливостей. Для збільшення вихідної потужності алмазного лазера зовсім не потрібно збільшення розмірів робочого тіла. Звичайні лазери Рамана, які існують в даний час, мають кристали, довжиною 3-6 сантиметрів. З допомогою алмазного лазера можна домогтися еквівалентної потужності лазерного променя світла, використовуючи кристал алмазу, довжиною всього 2-6 міліметрів" - розповідає доктор Алан Кемп (Dr Alan Kemp), науковий керівник проекту, - "Завдяки цьому нові лазери є мініатюрними пристроями, які можна розташовувати в умовах жорстко обмеженого простору, що має величезне значення у разі їх використання в авіаційному, космічному і медичному обладнанні".
Група з університету Стратклайда працювала, тісно співпрацюючи з британською компанією Element Six, яка є одним зі світових лідерів в області виробництва штучних алмазів. Застосування штучних алмазів, що мають заздалегідь відомі і точні оптичні та фізичні характеристики, дозволить без проблем налагодити дрібносерійне виробництво недорогих алмазних лазерів Рамана, за прогнозами вчених, вже протягом наступних кількох років.