Технология будущего: созданы лазерные кристаллы, для которых не нужны редкоземельные металлы

Об этом пишет interestingengineering.com.

Как отмечает издание, лазеры играют важную роль во многих отраслях промышленности, от медицины до квантовых вычислений. Но сейчас их производство сильно зависит от редкоземельных элементов, большинство из которых поставляются из Китая. С учетом напряженных отношений с КНР такая схема выглядит не очень надежной.

В апреле Китай ввел ограничения на поставки редкоземельных элементов в США, и Европу эти ограничения тоже задели. В частности, очень зависимой от китайских поставок оказалась Германия, и за решение вопроса взялись исследователи из Института Фраунгофера. Они работают над созданием лазерных кристаллов и волокон, не полагаясь на импортные материалы, – чтобы обеспечить будущее лазерных технологий даже в условиях растущей глобальной неопределенности.

«Гарантия наличия необходимых лазерных кристаллов и волокон, а также контроль над их обработкой жизненно важны не только для конкурентоспособности и независимости немецкой и европейской экономики, но и для нашей безопасности», — заявил Марк Айххорн, директор Института оптоэлектроники, системных технологий и использования изображений им. Фраунгофера.

Как получают лазерные кристаллы

Само по себе выращивание лазерных кристаллов – это процесс получения кристаллов, обладающих необходимыми оптическими и физическими свойствами для использования в лазерах. Кристаллы, используемые в лазерах, как правило, синтезируются из различных материалов (например, корунда, шпинели). Есть несколько методов выращивания лазерных кристаллов – в частности, метод Вернейля, метод гидротермального синтеза.

Что касается выращивания лазерных кристаллов из редкоземельных металлов (например, эрбия или иттербия), то это технологический сложный процесс, зато такие кристаллы могут широко применяться в лазерных системах благодаря своим отличным оптическим свойствам.

Как поясняют ученые, лазерные кристаллы усиливают свет, используя накопленную оптическую энергию, и испускают его на фиксированных длинах волн в зависимости от легирования редкоземельными элементами. Но когда определенные длины волн создать невозможно, исследователи используют нелинейные оптические материалы для преобразования лазерного света в другие длины волн.

Такая манипуляция длиной волны расширяет возможности применения в различных областях – микроскопия, мониторинг окружающей среды, медицинская диагностика.

Качество этих кристаллов имеет решающее значение, поскольку примеси или плохие тепловые свойства могут ухудшить производительность при высоких выходных мощностях.

Ученые Института Фраунгофера моделируют различные составы, совершенствуют условия выращивания и используют рентгеновскую дифракцию для оценки структуры. Их цель — повысить порог повреждения кристаллов, подвергающихся воздействию высокоинтенсивного лазерного излучения.

Лазеры и оптоволокно

Кроме кристаллов, немецкие исследователи также работают над новыми волоконно-оптическими компонентами.

К таким компонентам относятся кварцевые и фторидные лазерные волокна, легированные редкоземельными элементами, разработанные для компактной и эффективной работы.

Они нацелены на использование в самых разных областях: от промышленных лазерных инструментов до хирургического оборудования.

Свои разработки команда Института Фраунгофера обещает представить уже в этом месяце – на выставке LASER World of PHOTONICS, которая пройдет в Мюнхене с 24 по 27 июня.

Ранее Фокус писал, что американские исследователи из штата Орегон обнаружили новые кристаллы, которые могут хранить информацию, записанную исключительно с помощью света.

Также стало известно, что нанокристаллы, расположенные внутри древнейших пород, могут рассказать историю зарождения жизни на нашей планете.