Ученые ТГУ увеличили эффективность случайных лазеров в 1000 раз
20 Июня 2016

Магистрант Михаил Зиновьев под руководством заведующего лабораторией СФТИ ТГУ Алексея Землянова сравнил, как при добавлении в активную среду агрегированных наночастиц меняются характеристики случайных лазеров. При помощи экспериментов ученые выяснили, как уменьшить порог генерации лазера примерно в 1000 раз, что позволит значительно увеличить его эффективность.

В обычном лазере свет двигается внутри, отражаясь от зеркал, и во время движения света происходит его усиление в активной среде (генерация), за счет чего формируется луч. Случайные лазеры (random lasers) – те, в которых усиление света достигается без использования зеркал. Отсутствие резонаторов делает изготовление случайных лазеров более дешевым и технологически простым. Возможность управлять свойствами таких лазеров позволит использовать уникальные характеристики их света в научном оборудовании, в промышленных и медицинских целях.

Ученые ТГУ изучают случайные лазеры, в качестве активной среды которых выступают растворы органических красителей. Их задача – уменьшить порог генерации лазера, то есть добиться большей эффективности.

– Мы добавляли в жидкие органические красители агломерированные наночастицы серебра, алюминия, золота и других металлов, а также диэлектриков, например оксида титана, оксида алюминия, – говорит Михаил Зиновьев. – Если использовать чистый краситель без наночастиц, то порог генерации будет высоким, а КПД низким. То есть необходимо затратить много энергии для достижения генерации, это является нецелесообразным.

Аналогичные исследования ведутся в США, странах Евросоюза, Китае, Иране и других, однако ученые ТГУ стали первыми, кто использовал в своей работе не одиночные наночастицы, а агрегированные, причем не благородных металлов, а алюминия, железа и других. Это уменьшает стоимость технологии, так, один грамм золота стоит около 2 тыс. рублей, а один грамм алюминия – менее 1 рубля.

На данный момент самое эффективное понижение порогов генерации у ученых ТГУ получилось при добавлении 0,1–1% объемной доли наночастиц серебра или алюминия – это позволило уменьшить пороги лазерной генерации до 1000 раз.

– Исследования активных сред с наночастицами необходимо для создания новой элементной базы для оптоэлектроники, – говорит Алексей Землянов.

Исследование Михаила проводилось в рамках подготовки магистерской диссертации. Однако в лаборатории продолжается работа по изучению и улучшению свойств случайных лазеров. В дальнейшем планируется выбор наиболее эффективных наночастиц и проведение с ними исследований.