По мере повышения мощности лазеров для самых разных областей каждый раз встаёт вопрос о новых компонентах оптических систем, которые должны выдерживать запредельные мощности. В своём исследовании учёные из Гарвардского университета изучили алмаз в качестве основы для зеркала лазерной оптики и пришли к выводу, что это крайне перспективный материал для управления световыми пучками мощнейших лазеров.
Источник изображения: Depositphotos
Обычно зеркало для мощных лазеров с непрерывной волной изготавливается из нескольких слоёв разных материалов. Малейший дефект любого из слоёв ведёт к моментальному прожиганию зеркала. Учёные решили сделать зеркало из одного материала, что могло бы упростить производство оптических компонентов лазерных систем и предложили для этого алмаз. Но не шлифованный до зеркального слоя камень, а определённым образом вытравленную наноструктуру.
Технология травления алмаза в своё время была разработана для развития квантовой оптики и связи. С её помощью в алмазах вырезали наноразмерные структуры заданной формы. В техпроцесс входит операция с использованием ионного пучка для вытравливания микроскопических структур на поверхности тонкого алмазного листа. В эксперименте учёные создали такие структуры на площади всего лишь 3 × 3 мм (см. фото ниже). Отражающая способность получившегося зеркала достигла 98,9 %, что не дотягивает до уровня многослойных «классических» зеркал, но зато такое зеркало предельно простое в производстве.
«Вы можете сделать зеркала, отражающие на 99,999 %, но они имеют 10–20 слоев, что вполне подходит для лазера малой мощности, но, конечно, не сможет выдержать высокую мощность», — сказал Нил Синклер (Neil Sinclair), соавтор статьи.
Учёные испытали новое алмазное зеркало, поместив его перед 10-кВт военным лазером, который, по их словам, достаточно силён, чтобы прожечь сталь. Зеркало осталось совершенно невредимым.
Источник изображения: Loncar Lab/Harvard SEAS
«Преимущество этого исследования в том, что мы сфокусировали 10-кВт лазер в 750-мкм пятно на алмазе размером 3 на 3 мм, то есть много энергии, сфокусированной в очень маленькое пятно, и мы не сожгли его, — сказал другой автор статьи. — Это важно, потому что, поскольку лазерные системы становятся все более энергоёмкими, необходимо находить творческие способы сделать оптические компоненты более надёжными».
В своих следующих трудах учёные будут изучать возможность коммерциализации технологии для использования в самых разных областях — от производства полупроводников и военных решений до космической связи и промышленного производства. Работа опубликована в журнале Nature Communications.