Томские ученые разработали уникальные малогабаритные лазеры для спектроскопических исследований

Ученые ИСЭ СО РАН совместно с белорусскими коллегами из Гродненского государственного университета разработали уникальные малогабаритные электроразрядные эксимерные лазеры с высокой удельной энергией импульса (более 10 Дж/л). Главная сфера применения таких лазеров – спектроскопические исследования. Работающие в ультрафиолетовом диапазоне спектра (193-248 нанометров), они позволяют определить наличие малых концентраций тех или иных вредных веществ в окружающей среде, в лекарственных средствах и продуктах питания.

Разработкой различных лазеров Институт сильноточной электроники СО РАН занимается с момента своего основания. Но если в самом начале этого пути главное внимание уделялось разработке мощных широкоапертурных лазеров, предназначенных для проведения фундаментальных исследований, то в настоящее время активно развиваются и направления, связанные с разработкой газоразрядных и твердотельных лазеров для разных практических применений. Юрий Панченко, возглавляющий лабораторию газовых лазеров с 2020 года, определяет это направление работ такими словами: «лазеры для людей». Но при разработке таких лазеров – компактных, надежных и удобных в использовании, ученые сталкиваются с целым рядом трудностей.

Дело в том, что создавая малогабаритный лазер с высокими выходными параметрами, нельзя надеяться на простое масштабирование имеющихся технологий. Здесь требуются новые инженерные решения, которые позволят, например, избежать неустойчивости тока в объемном разряде при высоких удельных мощностях накачки. Решая эту проблему, ученые предложили использовать новую форму горения сильноточного диффузного разряда, когда самоструктурированные множественные диффузные каналы заполняют собой весь объем разрядного промежутка, а устойчивость разряда сохраняется в течение всей длительности импульса. Использование высоковольтного генератора, обеспечивающего быстрое нарастание фронта импульса тока в разрядном промежутке, а также согласование парциального давления компонентов используемой газовой смеси, позволило увеличить параметры газоразрядных эксимерных лазеров в 3-4 раза, по сравнению с имеющимися аналогами.

Обнаруженная форма горения разряда позволяет также повысить эффективность работы и других типов газоразрядных лазеров, например, разработанный электроразрядный азотный лазер с продольной накачкой имеет энергию выходного излучения более 3 милиджоулей при длительности импульса 20 наносекунд.

– Одна из сложностей, связанные с коммерческим внедрением газоразрядных лазеров заключается в том, что некоторые потребители боятся или не имеют возможности работать с газами, находящимися под давлением, – объясняет Юрий Николаевич. – Поэтому мы начали развивать научное направление, связанное с исследованием и разработкой твердотельных и диодных лазеров, работающих в УФ-диапазоне спектра. Например, один из предлагаемых вариантов это лазер, работающий на таком кристалле, как александрит с дополнительными генераторами оптических гармоник.

В планах коллектива лаборатории газовых лазеров – развитие контактов с медицинскими и научными организациями, коммерческим структурами, заинтересованными в использовании такого типа оборудования.