ИННОВАЦИИ: Лазер и линза
Сила лазерного луча воспета во многих научных рассказах, но, чтобы он проявил в должной мере свои чудодейственные свойства, луч требуется сжать. То есть сфокусировать. Обычно это делают системой линз. Физики из Санкт-Петербургского физико-технического института им. А. Ф. Иоффе РАН первыми в мире придумали, как заставить один и тот же кристалл и излучать свет, и фокусировать его.
Большинство из нас думают (и очень сильно при этом ошибаются), что всякий лазер - это сложная и большая машина, что-то вроде легендарного гиперболоида инженера Гарина. На самом деле непременный атрибут нынешнего века, полупроводниковый лазер, - это очень небольшое устройство. Главный его элемент - кристалл-резонатор - в длину не больше миллиметра, в ширину - от нескольких микрон до сотни, а в толщину и вовсе меньше микрона. По сути, такой лазер представляет собой кристалл полупроводника, по форме напоминающий, например, брусок пластилина, только очень маленький. Если сверху через резонатор пропускать ток, то сбоку, из торца, выходит свет.
Полупроводниковые лазеры придумали еще в 60-х гг. прошлого века. Ныне же область их применения чрезвычайно широка: это, например, медицина, считывающие устройства компакт-дисков и, разумеется, волоконно-оптические линии связи. Однако требования к качеству излучения этих лазеров весьма высоки, и тут есть проблема. Заключается она в том, что выходное излучение лазера представляет собой широко расходящийся луч. Сложность еще и в том, что луч не идеален по форме: его поперечное сечение подобно эллипсу. А нужен, разумеется, идеальный круг. Поэтому, чтобы собрать пучок света и придать ему нужную геометрию, приходится использовать сложные оптические системы.
Питерские физики решили отойти от традиций и предложили совершенно иную форму резонатора. Суть их идеи в том, чтобы фокусировал луч сам резонатор, который в этом случае будет одновременно и линзой, вернее, будет выполнять ее функции. Сначала ученые провели необходимые теоретические расчеты, а затем сделали экспериментальный образец резонатора, что само по себе было непросто.
Согласно расчетам оказалось, что резонатор должен выглядеть как кусок круглого сыра - сегмент круга с вырезанной сердцевиной, а на верхней поверхности, как на грядке, нарисованы электронным лучом и затем вытравлены поперечные бороздки - дифракционная решетка, штрихи которой представляют собой дуги концентрических окружностей.
При такой конструкции излучение лазера собирается в одну точку, а в поперечном сечении световой пучок наконец приобретает желаемую форму круга - пользуясь языком физиков, "все моды лазерного излучения собираются в общий фокус в плоскости p-n перехода". По мнению Григория Соколовского, одного из авторов идеи, "такая конструкция на сегодняшний день - наиболее простое и эффективное решение проблемы фокусировки излучения мощных полупроводниковых лазеров".