Потужні лазери використовуються у всьому, від виробничих цехів до зв'язку в дальньому космосі, а триваюча розробка більш потужних версій вимагає переосмислення компонентів, що відповідають за управління світловими променями.
Команда інженерів з Гарварду звернулася до одного з найміцніших відомих матеріалів - алмазу, який вчені використовували для створення нового дзеркала, здатного витримати лазерні промені, досить сильні, щоб пропалити сталь.
Нове міцне дзеркало було розроблено у відповідь на деякі недоліки сучасних потужних лазерних систем безперервної дії. Дзеркала, що використовуються для спрямування променів у цих лазерах, утворені тонкими шарами матеріалів з різними оптичними властивостями. Якщо в одному з цих шарів є хоча б крихітний дефект, лазер пропалить дзеркало, а не відіб'ється від нього, що призведе до зриву всієї операції.
Більш простий підхід може полягати в тому, щоб використовувати один матеріал для всього дзеркала, щоб обмежити ймовірність дефектів, але не можна просто взяти один з найміцніших матеріалів на планеті і змусити його працювати. Щоб сформувати нове алмазне дзеркало, дослідницькій групі довелося використовувати передові методи цькування, спочатку розроблені для вирізання нанорозмірних структур в алмазах для потреб квантової оптики і комунікацій.
А так дзеркало виглядає під мікроскопом
Ці методи включали використання іонного променя для травлення мікроскопічних структур у формі трійника для гольфу на поверхні тонкого алмазного листа розміром всього 3 x 3 мм. Саме ці структури надають алмазному дзеркалу його відображаючі властивості, і вчені дійшли висновку, що коефіцієнт відображення 98,9% є оптимальним показником, який допомагає зберегти його довговічність.
«Ви можете зробити відображачі з коефіцієнтом відображення 99,999%, але з 10-20 шарами, що добре для малопотужного лазера, але ось великі потужності вони вже не витримають», - пояснив Ніл Сінклер, співавтор статті.
Як випробовують дзеркала для надпотужних лазерів
Вчені випробували своє нове дзеркало, помістивши його перед лазером потужністю 10 кВт, використовуваним для досліджень ВМС США, який, як вони відзначають, досить сильний, щоб пропалити сталь. Дзеркало виявилося абсолютно неушкодженим.
Вчені вивчають комерціалізацію технології і прогнозують, що їх нові алмазні дзеркала будуть використовуватися для розвитку різних областей, від виробництва напівпровідників і оборони до зв'язку в далекому космосі і промислового виробництва.