«Отпечатки пальцев» молекул теперь будут изучать с помощью особого лазера
В настоящее время сфера применения лазеров расширяется. Одной из разновидностей таких устройств является лазер ультракоротких импульсов. Очень «быстрые» импульсы необходимы в научных исследованиях (в частности Pol-Eko применяет их в своём оборудовании), в медицине и технике. Недавно российские учёные продемонстрировали полную модель волоконного лазера, обладающего способностью генерировать импульсы с заданной длительностью. Данное устройство обладает невероятной точностью. На основе этой модели можно разрабатывать лазеры с предельными характеристиками, параметры которых могут быть максимально оптимизированы. Данное исследование было освещено в журнале Scientific Reports, также результаты работы были представлены на конференции Frontiers in Optics 2020.
Лазеры коротких импульсов разрабатываются вот уже более двух десятков лет. Основная задача в этом направлении заключается в том, чтобы уместить как можно больше энергии в максимально коротком импульсе. Самое современное поколение лазеров коротких импульсов использует для их генерации редкоземельные элементы, в частности – тулий, который относится к группе лантаноидов. Именно его и применили отечественные специалисты для создания своей модели устройства.
Для чего же необходимы лазеры коротких импульсов? Дело в том, что они генерируют когерентное излучение в среднем инфракрасном диапазоне (от 2 до20 мкм), а в этой области находятся линии поглощения значительного количества химических соединений; эти линии также именуют «отпечатками пальцев молекул». Так что с помощью таких лазеров можно регистрировать содержание даже сверхмалого количества различных веществ – например, токсичных соединений, биомаркеров заболеваний и т. д. Лазеры коротких импульсов, таким образом, необходимы в диагностике заболеваний, в экологических исследованиях, на производстве, в научной деятельности. Это незаменимый прибор, деятельность которого способна помогать в лечении заболеваний, спасении жизней, улучшении экологической обстановки на планете. С помощью такого лазера можно исследовать любую среду: жидкость газ, ткани человеческого тела и др.
Лазеры коротких импульсов – это очень сложные устройства, и получить необходимые параметры, в первую очередь максимально короткие импульсы, очень трудно. Для создания совершенного устройства требуются подробные математические модели. Особенно это справедливо для тулиевых лазеров, поскольку действие этого редкоземельного металла пока ещё изучено недостаточно. Распространение коротких импульсов в волоконных световодах теоретически уже изучено, однако для полного описания работы устройства этого совершенно недостаточно.
Российские учёные предоставили успешную математическую модель разработанного ими лазера. И данное устройство может похвастаться фантастической точностью. Так, во время эксперимента было получено ультракороткое излучение длительностью 331,7 фемтосекунды. При этом погрешность предсказанных параметров была небольшой.
Исследователи говорят, что это отнюдь не самые короткие импульсы, которые они могут получить в ближайшее время. В недалёком будущем состоится конференция CLEO Europe, на котором будет представлено устройство, генерирующее ещё более короткое излучение.
Чтобы приблизительно представить, насколько короткими являются импульсы, достаточно знать, что фемтосекунда – это одна квадриллионная часть секунды, то есть секунду следует разделить на десять в пятнадцатой степени. Разумеется, для обычного человека это кажется невероятным.
