Китай создал самый коротковолновый в мире твердотельный лазер, используя новый кристалл
Китайские учёные установили мировой рекорд, создав твердотельный лазер с самой короткой длиной волны в мире. Прорыв стал возможен благодаря разработке нового оптического кристалла. Исследовательская группа под руководством Пань Шили из Технического института физики и химии Синьцзян Китайской академии наук использовала нелинейный оптический кристалл, известный как фтороксоборат аммония (NH4BF₄ или ABF). С его помощью команда впервые добилась генерации вакуумного ультрафиолетового лазерного излучения с длиной волны 158,9 нанометров методом прямого удвоения частоты.
Вакуумный ультрафиолетовый диапазон, охватывающий длины волн от 120 до 240 нанометров, крайне важен для передовой спектроскопии, квантовых исследований и полупроводникового производства. Однако эффективное создание такого излучения долгое время было серьёзной проблемой из-за отсутствия подходящих материалов. До сих пор единственным практически применимым кристаллом для генерации лазерного излучения ниже 200 нм был фтороборат бериллия калия (KBBF), который имел ограничения в росте кристаллов и изготовлении устройств.
Новый кристалл ABF, который китайские специалисты проектировали и выращивали более десяти лет, лишён этих недостатков. Он сочетает в себе высокую прозрачность в вакуумном ультрафиолетовом диапазоне, сильный нелинейный оптический отклик и достаточное двулучепреломление для фазового синхронизма на экстремально коротких волнах. Как подчеркнул Пань Шили, ABF — это полностью новый материал, разработанный и запатентованный институтом от первоначального дизайна до роста кристалла и конечного лазерного излучения.
Учёные впервые синтезировали кристалл ABF в 2016 году, а за последнее десятилетие смогли вырастить его до сантиметровых размеров с высоким оптическим качеством, что сделало материал пригодным для практических устройств. В ходе эксперимента лазер на основе ABF продемонстрировал не только рекордно короткую длину волны, но и достиг энергии импульса в 4,8 миллиджоуля и эффективности преобразования, приближающейся к шести процентам. Эти показатели также являются рекордными для вакуумных ультрафиолетовых лазеров, генерируемых методом второго гармонического излучения.
Исследователи считают, что разработка ABF открывает путь к созданию компактных и эффективных полностью твердотельных вакуумных ультрафиолетовых лазеров. Эта технология может найти применение в квантовых вычислениях, космических платформах, производстве чипов и прецизионном машиностроении. По словам Пань Шили, в таких областях, как будущая космическая связь, существует множество «неизведанных территорий», где данная разработка может создать новые возможности.
Исследование было в авторитетном научном журнале Nature.