Ученые из МГУ разработали технологию выращивания кристаллов, на основе которых создан уникальный лазер для лечения глаз

Группа ученых из Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова и Белорусского национального технического университета создала уникальный лазер, который является компактным источником излучения с длинами волн, безопасными для человеческого глаза. Разработка может применяться в медицине, коммуникационных системах, а также в научных исследованиях. Работы ученых опубликованы в журналах Journal of Crystal Growth и Optics Letters.

«Совместно с белорусскими коллегами нами был разработан макет нового высокоэффективного безопасного для зрения лазера с полупроводниковой накачкой, который может использоваться в офтальмологии, коммуникационных системах и дальнометрии», — комментирует Николай Леонюк, профессор кафедры кристаллографии и кристаллохимии геологического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова. Разработка такого лазера стала возможной благодаря тому, что коллектив ученых создал лабораторную технологию выращивания монокристаллов с заданными свойствами.

Излучение спектральной области 1500–1600 нм является условно безопасным для глаз и привлекает внимание для практического применения в медицине, дальнометрии (определения расстояния от наблюдателя до объекта), системах связи и оптической локации. Такая особенность обусловлена, во-первых,тем, что светопреломляющая система глаза (роговица и хрусталик) обладают достаточно высоким коэффициентом поглощения в этой спектральной области, благодаря чему лишь малая доля падающей энергии достигает чувствительной сетчатки. Во-вторых, излучение в области 1500–1600 нм обладает малыми потерями при прохождении через атмосферу.

На сегодняшний день среди источников излучения в указанном спектральном диапазоне наибольшее практическое распространение получили твердотельные лазеры на основе фосфатных стекол с ионами Er (эрбия) и Yb (иттербия). Такие стекла отличаются относительной простотой, компактностью и возможностью работы в режиме модулированной добротности, необходимом для получения импульсов короткой длительности. 

Основной недостаток, ограничивающий применение эрбиевых фосфатных стекол в системах с непрерывной диодной накачкой — низкая теплопроводность матрицы. Для снятия таких ограничений можно использовать кристаллические матрицы, содержащие ионы Er и Yb.

В данной работе для повышения эффективности генерации, энергии импульсов и частоты их следования и, как следствие, увеличения предельной дальности измерений расстояний, уменьшения погрешности и сокращения времени измерений в качестве активной среды использовались монокристаллы GdAl₃(BO₃)₄, активированные ионами Er и Yb. Такой монокристалл характеризуется рекордным значением теплопроводности и высокой термохимической стабильностью (разрушение при температурах 1280°C, устойчив в агрессивных средах), а также механической прочностью).

«Созданный твердотельный лазер на основе кристаллов иттрий-гадолиниевого бората (Er,Yb:GdAl₃(BO₃)₄) — это уникальный компактный источник излучения с различными длинами волн (1520, 1531, 1550, 1602 нм) в условно безопасном для органов зрения спектральном диапазоне, — говорит Николай Леонюк. — Надежная конструкция лазера наряду с высокими характеристиками дает возможность найти широкое применение источника в системах лазерной дальнометрии, метрологии, научных исследованиях, лазерно-искровой эмиссионной спектрометрии».

Применение лазерного диода в качестве источника накачки увеличивает срок службы лазера до 100 000 часов. Лазер легко использовать, для него не требуется дополнительного водяного охлаждения, кроме того, в процессе его работы отсутствуют вибрации.

В сравнении с широко используемыми волоконными фосфатными эрбиевыми лазерами, лазер на основе (Er,Yb):GdAl₃(BO₃)₄ имеет линейную поляризацию излучения и более низкую стоимость.