Технологія майбутнього: створено лазерні кристали, для яких не потрібні рідкоземельні метали

Про це пише interestingengineering.com.

Як зазначає видання, лазери відіграють важливу роль у багатьох галузях промисловості, від медицини до квантових обчислень. Але зараз їхнє виробництво сильно залежить від рідкісноземельних елементів, більшість з яких поставляються з Китаю. З урахуванням напружених відносин з КНР така схема виглядає не дуже надійною.

У квітні Китай запровадив обмеження на постачання рідкоземельних елементів до США, і Європу ці обмеження теж зачепили. Зокрема, дуже залежною від китайських поставок виявилася Німеччина, і за вирішення питання взялися дослідники з Інституту Фраунгофера. Вони працюють над створенням лазерних кристалів і волокон, не покладаючись на імпортні матеріали, — щоб забезпечити майбутнє лазерних технологій навіть в умовах зростаючої глобальної невизначеності.

"Гарантія наявності необхідних лазерних кристалів і волокон, а також контроль над їхнім опрацюванням життєво важливі не тільки для конкурентоспроможності та незалежності німецької та європейської економіки, а й для нашої безпеки", — заявив Марк Айххорн, директор Інституту оптоелектроніки, системних технологій і використання зображень ім. Фраунгофера. Фраунгофера.

Як отримують лазерні кристали

Саме по собі вирощування лазерних кристалів — це процес отримання кристалів, що володіють необхідними оптичними і фізичними властивостями для використання в лазерах. Кристали, що використовуються в лазерах, як правило, синтезуються з різних матеріалів (наприклад, корунду, шпінелі). Є кілька методів вирощування лазерних кристалів — зокрема, метод Вернейля, метод гідротермального синтезу.

Що стосується вирощування лазерних кристалів з рідкоземельних металів (наприклад, ербію або ітербію), то це технологічно складний процес, зате такі кристали можуть широко застосовуватися в лазерних системах завдяки своїм відмінним оптичним властивостям.

Як пояснюють учені, лазерні кристали підсилюють світло, використовуючи накопичену оптичну енергію, і випускають його на фіксованих довжинах хвиль залежно від легування рідкоземельними елементами. Але коли певні довжини хвиль створити неможливо, дослідники використовують нелінійні оптичні матеріали для перетворення лазерного світла в інші довжини хвиль.

Така маніпуляція довжиною хвилі розширює можливості застосування в різних галузях — мікроскопія, моніторинг навколишнього середовища, медична діагностика.

Якість цих кристалів має вирішальне значення, оскільки домішки або погані теплові властивості можуть погіршити продуктивність при високих вихідних потужностях.

Вчені Інституту Фраунгофера моделюють різні склади, вдосконалюють умови вирощування і використовують рентгенівську дифракцію для оцінки структури. Їхня мета — підвищити поріг пошкодження кристалів, що піддаються впливу високоінтенсивного лазерного випромінювання.

Лазери та оптоволокно

Крім кристалів, німецькі дослідники також працюють над новими волоконно-оптичними компонентами.

До таких компонентів належать кварцові та фторидні лазерні волокна, леговані рідкоземельними елементами, розроблені для компактної та ефективної роботи.

Вони націлені на використання в найрізноманітніших галузях: від промислових лазерних інструментів до хірургічного обладнання.

Свої розробки команда Інституту Фраунгофера обіцяє представити вже цього місяця — на виставці LASER World of PHOTONICS, що пройде в Мюнхені з 24 по 27 червня.

Раніше Фокус писав, що американські дослідники зі штату Орегон виявили нові кристали, які можуть зберігати інформацію, записану виключно за допомогою світла.

Також стало відомо, що нанокристали, розташовані всередині найдавніших порід, можуть розповісти історію зародження життя на нашій планеті.