Сибирские ученые создали кристаллы, расширяющие возможности лазеров

Ученые Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН создали образцы кристаллов с улучшенными свойствами, которые могут применяться для изготовления твердотельных лазеров современных спектрометров и гамма-детекторов. Спектрометры различного вида используются для выяснения состава веществ - жидкостей, газов. Область применения зависит от длины волны используемого лазерного луча. В нашем случае речь идет об инфракрасных лазерах, которые используются, например, для анализа загрязненности воздуха, определения вредных примесей в нем.

Кристалл в твердотельном лазере - это его рабочее тело, именно там генерируется лазерный пучок, луч. В инфракрасном лазере он невидим человеческому глазу. На основе таких лазеров создаются спектральные газоанализаторы воздуха, которые "распознают" газовые примеси по тому, как частицы газа колеблются: у молекул разных газов своя частота колебаний, отличная от других - свой спектр.

Принцип работы лазерного спектрометра достаточно прост. Прибор пропускает через себя воздух. Лазерный луч проходя внутри спектрометра проходит через поток воздуха и "видит" молекулы примесей (примерно так, как мы видим пылинки в луче проектора в кинозале). Каждая молекула "поглощает" свою частоту и на детектор лазерный луч приходит уже измененным, немного другого цвета. По характеру этого изменения, то есть потому, какая часть спектра поглощена, мы можем понять, частица какого именно газа колеблется.

Если в кинозале дымно, пылинки будут менее заметны, так как белые частицы дыма полностью поглощают видимый свет проектора. Аналогичным образом при использовании традиционных лазерных кристаллов с длиной волны до 5 микрон (такое излучение генерируют традиционные кислородосодержащие лазерные кристаллы), излучение в большой степени поглощается водяным паром, содержание которого в воздухе в сотни раз больше других газов. Колебания молекул других газов становятся менее отчетливыми, качество измерения снижается.

Частицы водяного пара поглощают не все колебания. Если увеличить длину волны лазера, то уровень поглощения снизится, и частицы примесей проявятся более четко и точность измерений возрастет. Созданные в лаборатории роста кристаллов ИГМ СО РАН кристаллы позволяют получить излучение с длиной волны до десяти микрон, которая уже не поглощается водяным паром.

Созданные кристаллы могут найти применение в производстве промышленных и бытовых спектрометров, повысить их точность. Как пояснила РИА Новости научный сотрудник ИГМ СО РАН кандидат геолого-минералогических наук Александра Тарасова, преимущество разработанных кристаллов заключается в том, что они работают при комнатной температуре, негигроскопичны (т. е. не впитывают влагу из воздуха). Поэтому они могут использоваться для создания компактных переносных анализаторов воздуха для использования в промышленности и быту.

Разработанная технология позволяет также производить кристаллы повышенной плотности, которые начинают светиться при поглощении ионизирующего излучения. Это свойство позволяет создавать на их основе детекторы гамма-излучения.

Созданные учеными материалы уже запатентованы, а исследования с ними ведутся как в России, так и заграницей: в Италии, Японии и США.