Как пропустить 100% света

Любой кристалл можно сделать абсолютно прозрачным для света, обработав его сверхкороткими вспышками лазера. Технологию, которая позволит удешевить научные приборы и интернет-оборудование, разработали в МГТУ имени Н. Э. Баумана, статья опубликована в журнале Optical Materials Express.

Новый метод дает возможность просветлять грани лазерных кристаллов, работающих в среднем инфракрасном диапазоне, что повысит их эффективность. Кроме того, он позволяет существенно снизить потери на отражение на поверхностях различных пластин, окон, торцов волоконных световодов и других оптических элементов.

В последние годы ученые активно создают и изучают свойства так называемых метаматериалов — искусственных структур из множества мелких элементов, способных необычным образом взаимодействовать со светом или другими формами электромагнитного излучения. Метаматериалы, как сегодня считают физики, станут основой сверхбыстрых световых компьютеров будущего и других футуристических гаджетов.

Строго говоря, метаматериалы не являются изобретением человека – похожие на них кристаллы и структуры встречаются на крыльях многих бабочек «металлической» окраски, на глазах и панцирях многих других насекомых и даже в знаменитых синих складках на мордах павианов-мандрилов.

К примеру, недавно ученые обнаружили, что крылья некоторых райских птиц покрыты уникальным «нанотехнологичным» оперением. Оно поглощает 99,95% света и выглядит более черным, чем любой другой природный темный материал на Земле. Это стало возможным благодаря особому рисунку из ямок и выступов на поверхности их перьев, препятствующих отражению света и его «побегу» в окружающую среду.

Как сообщает пресс-служба Российского научного фонда, российские ученые проделали нечто похожее с прозрачными кристаллами, заставив их не идеально поглощать свет, а полностью пропускать его, не формируя бликов или искажений.

Эти эксперименты исследователи проводили на кристаллах из соединения кадмия, селена и серы, которые сегодня считаются одним из самых перспективных материалов для создания лазеров, работающих в средней части инфракрасного спектра. Физики из МГТУ решили усовершенствовать их и заставить пропускать через себя часть света в инфракрасном диапазоне.

«Технология основана на микроструктурировании поверхности кристаллов, — пояснил “Стимулу” начальник лаборатории стабилизированных лазерных систем НОЦ “Фотоника и ИК-техника” МГТУ имени Н. Э. Баумана Владимир Лазарев. — Мы с помощью специального технологического лазера сверхкороткими импульсами света “выжигаем” на поверхности кристалла отверстия глубиной полтора микрометра с шагом один микрометр. В результате такой обработки поверхности уменьшается показатель преломления материала кристалла в приповерхностном слое, что минимизирует потери на отражение».

Перебрав несколько методик лазерного “обстрела”, ученые добились того, что их кристалл начал пропускать через себя фактически весь свет на некоторых оптимальных длинах волн, и примерно 97 процентов в других регионах инфракрасного спектра.

Подобный подход, как отмечают исследователи, позволит конструкторам лазеров отказаться от использования различных антибликовых пленок, которые сегодня применяются для защиты оптических устройств от переотражений. Это одновременно удешевит приборы и позволит ученым сделать их более мощными, не опасаясь того, что луч повредит покрытие.

По словам Владимира Лазарева, разработка уже очень близка к практическому использованию: «Сегодня стоит актуальная задача просветления кристаллов и торцов волоконных световодов, которые находят применение в разных областях науки и техники. В частности, благодаря нашему пресс-релизу к нам обратились коллеги из Института геологии и минералогии СО РАН, которые занимаются выращиванием новых нелинейных халькогенидных кристаллов для преобразования лазерного излучения. Наша технология может помочь им увеличить эффективность работы световых устройств на основе кристаллов. К нам также обратилась израильская компания, которая разрабатывает волоконные световоды для медицины. У них стоит та же задача — уменьшить отражения на торцах световодов и увеличить эффективность доставки по ним излучения».