Исследователи из Северо-Кавказского федерального университета (СКФУ) добились значительного прогресса в улучшении характеристик лазеров. По мнению разработчиков, их инновация найдёт применение в различных областях, включая хирургию, косметологию, лазерную резку, сварку и закалку материалов.
Лазеры представляют собой устройства, способные преобразовывать различные виды энергии в монохроматическое излучение. Наиболее востребованы сегодня твердотельные лазеры, которые активно используются в медицине, навигационных системах и металлургической промышленности.
Ключевой компонент лазера — это пассивный затвор или модулятор добротности, который позволяет устройству работать в импульсном режиме. Это означает, что лазер может накапливать энергию и затем излучать её в виде короткого, но мощного импульса длительностью 10-20 наносекунд.
Традиционно для изготовления пассивных затворов используются монокристаллы. Однако специалисты СКФУ выбрали другой подход, применив керамику на основе иттрий-алюминиевого граната с добавлением хрома. Этот материал не только снижает себестоимость конечного продукта, но и позволяет создавать изделия нужной формы и размера.
Дополнительно исследователи внедрили скандий в кристаллическую структуру граната, что существенно повысило эффективность модуляторов добротности. Введение катионов скандия в октаэдрические позиции граната позволило увеличить конверсию валентности хрома в полтора раза. Это, в свою очередь, эквивалентно повышению эффективности модуляторов добротности на 50%, делая их более компактными и подходящими для миниатюризации лазеров. Благодаря этому, из одного и того же количества исходного материала можно производить больше изделий.
Старший научный сотрудник СКФУ Виктория Супрунчук отметила, что введение скандия значительно улучшило характеристики модуляторов добротности, что открывает новые возможности для применения лазеров в различных сферах.
В будущем ученые планируют продолжить исследования, вводя в матрицу иттрий-алюминиевого граната другие активаторы, чтобы изменять физические и химические свойства материала.