Графен станет основой для лазеров нового поколения!

Графен станет основой для лазеров нового поколения!

Опубликовано: 14-01-2018 | Рубрика: Техника

Изначально было понятно, что это – очень перспективный материал, но только сейчас ученые начинают понимать, насколько! Выяснилось, например, что графен обладает способностью поглощать свет в широком диапазоне длин волн, а значит, является прекрасным материалом для создания УКИ – лазеров сверхкоротких импульсов.

То есть в скором времени можно ожидать появления маленького, дешевого и универсального лазера УКИ, который может быть использован в самых разных областях – от медицины до робототехники.

В обычных лазерах сверхкоротких импульсов используется материал, поглощающий свет, а затем высвобождающий его короткими вспышками длительностью по несколько фемтосекунд (одна миллионная миллиардной доли секунды). Однако каждый из них работает только на одной длине, а ведь уществуют задачи (например, мониторинг загрязнения атмосферы), когда необходимы волны различной длины, а значит – несколько лазеров. Это дорого и не совсем удобно.

Но теперь возникают новые перспективы. Физик Андре Феррари из Кембриджского университета вместе с командой ученых из Великобритании и Швейцарии создали устройство, которое с помощью графена создает волны различной длины в инфракрасном диапазоне. Результаты их исследований, а также известные на сегодняшний день свойства графена свидетельствуют о том, что он способен производить сверхкороткие импульсы даже в видимом диапазоне.

Уникальное свойство этого производного углерода поглощать свет в любом диапазоне обусловлено своеобразием структуры энергетических уровней в атоме. В твердом материале, который не является металлом, электроны могут быть связаны с атомами и пребывать в низкоэнергетическом состоянии или же – в более высоком энергетическом состоянии, когда они способны служить проводниками электрического тока. Для того, чтобы перейти из одного состояния в другое — преодолеть некий порог, электронам необходимо некое количество энергии. Это возможно лишь тогда, когда материал поглощает свет с каким-то конкретным значением энергии, то есть определенной длиной волн.

А вот в графене такого порога нет, значит, энергия электронов способна изменяться вдоль континуума. Это свойство делает графен бесполезным в изготовлении транзисторов, но незаменимым в оптике, поскольку позволяет ему поглощать свет в чрезвычайно широком диапазоне длин волн.

Еще один несомненный плюс графена – это его химическая и физическая стабильность, что позволяет предупредить различные термические повреждения, связанные с интенсивностью лазерных лучей.

Лазеры УКИ, произведенные на основе графена, будут очень удобны благодаря своей универсальности (один лазер сможет заменить несколько, работающих на разных длинах волн), бюджетности (их себестоимость будет ниже, чем у обычных лазеров) и компактности (еще бы, ведь такой лазер вполне реально сделать размером с обычный карандаш).