Исследователи из Технологического университета Мюнхена (Technische Universitaet Muenchen, TUM) доказали, что выражение «этого не может быть, потому что этого быть не может» верно далеко не во всех случаях. Им удалось создать твердотельный лазер, способный вырабатывать мощные сверхкороткие импульсы света, длящиеся десятки пикосекунд, что открывает путь к разработке новых биомедицинских технологий, обработке материалов, коммуникациях и научных исследованиях, а твердотельная природа нового высокоскоростного лазера позволит создавать на его основе компактные, недорогие, эффективные и надежные электронные устройства.
Оригинальная конструкция нового лазера позволяет ему произвести высокоэнергетические импульсы света, длительностью всего 60 пикосекунд, при этом практически отсутствуют все недостатки, которыми обладали высокоскоростные твердотельные лазеры предыдущих поколений, связанные с габаритами устройства, количеством потребляемой энергии и выделяемого устройством тепла. Помимо этого, новый лазер представляет собой практическое подтверждение теоретических расчетов, указывающих на то, что с помощью подобной технологии можно создать лазер, способный вырабатывать импульсы света, длительностью менее одной пикосекунды.
«Наши теоретические модели и их практическое воплощение позволят на определиться с последующими изменениями в экспериментальной установке, которые позволят увеличить эффективность работы полупроводникового лазера и существенно улучшить его характеристики» — рассказывает доктор Кристиан Джирошек (Dr. Christian Jirauschek), ученый из Технологического университета Мюнхена, — «Теория утверждает, что с помощью такого лазера можно добиться длительности импульса в 30 фемтосекунд, так что нам есть к чему стремиться».
Группа ученых из Мюнхена реализовала относительно новый вид лазера (Fourier domain mode-locked laser, FDML) в совершенно новой конфигурации. В обычном режиме лазеры FDML, вместо излучения света строго определенной длины волны (цвета), излучают свет в широком диапазоне, быстро и в бесконечном цикле «пробегая» по всему диапазону длин волн света. Целью исследований, которые провели немецкие ученые, являлось изменение режима работы FDML-лазера таким образом, что он вместо непрерывного потока света стал излучать сверхкороткие импульсы с высокой энергией.
«Преимущество нашей экспериментальной конфигурации лазера заключается в возможности накопления и хранения всей необходимой для импульса энергии в виде инфракрасного света внутри лазерного резонатора, в роли которого выступает оптоволоконный кабель, длиной в один километр. Это более эффективно, нежели накопление энергии в виде электрического заряда внутри кристалла самого лазера. Запасенная энергия в виде света различных длин волн подается во второй оптоволоконный кабель, который выложен по особому маршруту, что позволяет компенсировать различие во времени входа волн света различной длины. А на выходе второго участка оптоволокна получается чрезвычайно короткий импульс света, волны которого несут значительное количество энергии».
Описанные выше принципы построения нового FDML-лазера позволили добиться существенного повышения энергии лазерного импульса за счет снижения его длительности. При этом, такая система позволила сделать это без необходимости затрат дополнительной энергии и при весьма скромных габаритах всей экспериментальной установки.