Исследователи из Научного центра волоконной оптики РАН и Института химии высокочистых веществ РАН создали новый тип оптического волокна с добавкой висмута. В итоге с его помощью вместо типичного для волоконных лазеров рабочего диапазона ученые смогли добиться излучения с длиной волны 1,6−1,8 микрометра. Соответствующая статья опубликована в IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics.
Обычно волоконными лазерами называют такие, в которых активной средой, а часто и резонатором является оптоволокно. Отличия его от иных лазеров как раз и определяются характеристиками такого волокна: у него высокие параметры качества излучения, неплохой КПД и сравнительно высокая мощность при весьма умеренных габаритах. Как правило, активной средой (где генерируется вынужденное излучение) служит оптоволокно с различными добавками химических элементов — преимущественно редкоземельных металлов. Обычно длина волны генерируемого в таких лазерах излучения — 2—10 микрометров. В новой работе в оптоволокно на базе оксида германия добавили висмут. После изучения свойств лазера с подобной активной средой выяснилось, что он создает излучение в спектральном диапазоне, недоступном ранее известным волоконным лазерам на редкоземельных ионах.
В новом оптоволокне ион висмута встраивают вблизи дефекта сетки стекла, и он функционирует там как активный центр. Висмут при нормальных условиях — блестящий серебристый металл с не совсем обычным розоватым отблеском. При добавке этого элемента оптоволокно стало генерировать заметно более короткие волны, чем у аналогичных волокон без висмута. Однако они все еще лежат в инфракрасном диапазоне (в ближней его части), из-за чего излучение невидимо для человеческого глаза. Подобное излучение востребовано в системах оптоволоконной связи и целом ряде других приложений. Чем короче длина волны, используемой в системе связи, тем выше ее пропускная способность: за единицу времени можно передать больше «пакетов» информации.
Мощность экспериментального лазера не очень велика — всего два ватта, однако КПД выше 30 процентов, что немало с учетом того, что это первый лазер такого типа в мире и работы по повышению его КПД пока не проводились — целью создания новинки было изучение самой возможности использования висмута в волоконных лазерах. Ученые считают, что его характеристики можно улучшить, совершенствуя технологию изготовления.