Лазеры стали неотъемлемой частью современной техники. И способны проникнуть в нашу жизнь ещё глубже, если решить несколько проблем. Одну из них – неоднородность исходящих из лазера импульсов, заложенную в самой конструкции лазерных аппаратов, смогли преодолеть ученые научно-технологического центра акустооптики НИТУ «МИСиС» в сотрудничестве с коллегами из Института прикладной физики (ИПФ) РАН (Нижний Новгород). Результаты исследования были опубликованы в журнале Photonics Research.
Суть проблемы вытекает из самого принципа работы лазера, и скрывается в механизме усиления лазерного импульса. Дело в том, что лазерный луч сам по себе – просто свет определенной длины волны. И изначально генерируемые лазерные импульсы довольно слабы по своей мощности. Для большинства практических использований их необходимо усиливать. Но во время усиления энергетические характеристики импульсов меняются неодинаково. И если на входе в усилитель мы имеем пучок примерно одинаковых импульсов, то на выходе получается сильное искажение. Кроме того, источники лазерных импульсов выдают их с одной частотой (например, миллион в секунду), в то время как для экспериментов или, скажем, для операции на сетчатке глаза нужны последовательности с частотой сто или, например, десять тысяч импульсов в секунду, а иногда требуются вообще единичные импульсы заданной интенсивности.
Проблема эта известна ученым давно, и борются с ней по-разному. Например, для создания одинаковых импульсов на выходе создают искажения потока входящих импульсов. Правда, до сих пор регулировать импульсы получалось только на уровне всего пучка. Теперь же применен намного более точный подход: сотрудники центра акустооптики НИТУ «МИСиС» Ефим Казанов, Константин Юшков, Александр Чижиков и Владимир Молчанов в сотрудничестве с коллегами из Института прикладной физики (ИПФ) РАН (Нижний Новгород), фактически, создали цифровую систему коррекции каждого импульса в лазерном пучке, выведя контроль над лазерным излучением на новый уровень.
Создание новых лазерных импульсных источников излучения с контролируемой интенсивностью и частотой импульсов в пучках необходимо и для фундаментальных, и для прикладных целей. Как рассказал один из авторов разработки, ведущий научный сотрудник Центра акустооптики НИТУ «МИСиС» Константин Юшков: «Говоря о фундаментальном применении, мы можем использованием нашей технологии лучше контролировать энергию заряженных частиц в ускорителях, что позволит проще и эффективнее находить новые элементарные частицы и быстрее добраться до темной материи. Также технологию контроля интенсивности и частоты лазерных импульсах можно применить для более точного разогрева плазмы в перспективных термоядерных реакторах, действующих на основе реакций синтеза. Есть и более практические применения – например, контролируя интенсивность каждого импульса, мы можем сформировать из нашего пучка двоичный, или например восьмеричный код. Плюс к этому кодировать информацию можно, варьируя время между двумя соседними импульсами за счет вырезания лишних. В итоге мы получаем из обычного импульсного лазера невероятный по емкости передатчик информации, даже на одной длине волны способный передавать на несколько порядков больше информации. Если привести очень грубый пример, то раньше с его помощью можно было передавать что-то не сложнее азбуки Морзе, а теперь – видеосигнал».
Разговоры о такой технологии передачи информации велись ещё с начала девяностых годов. Но технологический уровень не позволял реализовать эту возможность в промышленном масштабе. Теперь это стало вполне реальным. Ещё одно применение можно найти в медицине: за счет контроля каждого импульса эта технология позволит вывести на новый уровень офтальмологические операции, литотрипсию (дробление почечных камней) и другие операции, где требуется ювелирное лазерное вмешательство.
Система модуляции лазерных импульсов уже успешно прошла экспериментальное тестирование на установке, разрабатываемой в ИПФ РАН.
