Научные сотрудники совместной лаборатории квантовых оптических технологий Физического факультета Новосибирского государственного университета и Института лазерной физики СО РАН исследуют нелинейно-оптические свойства нелинейных кристаллов тройных и четверных бариевых халькогенидов. Результаты работ могут быть использованы для создания источников излучения среднего ИК диапазона и газоаналитических систем на их основе. Также они будут важны при проектировании и разработке эффективных параметрических генераторов света, генерирующих перестраиваемое в спектральном диапазоне 3—15 мкм излучение, и лазерных оптико-акустических газоанализаторов на их основе. Эти устройства применяются для измерения концентрации летучих метаболитов в выдыхаемом пациентами воздухе при диагностике бронхо-легочных заболеваний. Внедрение подобных систем в медицинскую практику позволит выявлять эти патологии на ранних стадиях, когда вероятность выздоровления больного еще высока.
«Кристаллы, которые являются объектом наших исследований, впервые были выращены с 2010 по 2016 годы в Кубанском государственном университете и Институте геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН. По ряду характеристик все четыре изучаемых кристалла зарекомендовали себя как перспективные среды для параметрического преобразования частоты в среднем ИК диапазоне, в частности, по диапазонам пропускания, лучевой стойкости и коэффициентам эффективной нелинейности. Ранее при реализации проектов РНФ мы уже исследовали некоторые свойства этих кристаллов, в том числе лучевую стойкость. Поэтому сейчас мы изучаем их нелинейно-оптические характеристики. Их важно учитывать при разработке устройств преобразования частоты для достижения высоких выходных характеристик: высокой энергии в импульсе и эффективности преобразования в этих кристаллах», — объяснила старший научный сотрудник совместной лаборатории квантовых оптических технологий НГУ и ИЛФ СО РАН кандидат физико-математических наук Надежда Юрьевна Костюкова.
Нелинейное поглощение и нелинейное преломление, возникающие в кристаллах при взаимодействии с мощным лазерным излучением, могут приводить к искажению поперечного распределения интенсивности лазерного пучка в кристалле, проявлению эффектов самофокусировки и рассогласованию оптического резонатора. В результате снижается эффективность параметрического преобразования. Поэтому сведения об их величине необходимо учитывать при проектировании оптических схем высокоэффективных перестраиваемых в среднем ИК диапазоне параметрических генераторов света (ПГС), которые широко применяются для решения различных задач. Например, в спектроскопии (в том числе оптико-акустической), газовом анализе, включая медицинскую диагностику, мониторинге окружающей среды и контроле выбросов промышленных предприятий. Эти же источники излучения могут использоваться при исследовании дисперсионных свойств материалов, в лазерной хирургии, а также для проведения различных лабораторных исследований.
«Нам предстояло преодолеть некоторые сложности технического характера. Ранее подобные исследования мы не проводили. Сначала надо было разобраться с технической частью, а также выяснить, какие физические явления лежат в основе исследуемых процессов. Необходимо было учесть много нюансов, подобрать оптимальные параметры экспериментальной установки: необходимую толщину пластинок исследуемых материалов, оптимальную фокусировку, длину подвижки и многое другое. Немало времени ушло и на сопоставление теоретических данных с полученными в ходе исследования результатами. Мы сделали выводы о преобладании термических эффектов в исследуемых образцах при воздействии импульсным излучением с частотами следования импульсов больше 1 кГц и приступили к их детальному изучению», — рассказал младший научный сотрудник совместной Лаборатории квантовых оптических технологий НГУ и ИЛФ СО РАН Евгений Юрьевич Ерушин.
Чтобы ученые смогли провести корректное сравнение характеристик, все четыре кристалла бариевых халькогенидов должны быть исследованы в одинаковых условиях. Многие характеристики сильно зависят от длительности лазерных импульсов. Специалисты решили использовать два лазера, импульсный и непрерывный. В настоящее время кристаллы изучены при непрерывном излучении и импульсах наносекундной длительности. В ближайшее время будут проведены исследования нелинейно-оптических характеристик кристаллов при воздействии импульсами с пикосекундной длительностью.
Пресс-служба НГУ