Новые алмазные зеркала могут выдерживать излучение мощных лазеров непрерывного действия
анонсы и реклама

Мощные лазеры находят широкое применение в самых разнообразных сферах деятельности - от промышленного производства до связи с дальним космосом, поэтому постоянная разработка более мощных модификаций требует нового подхода к разработке компонентов, отвечающих за управление пучками света. В связи с этим команда гарвардских инженеров обратилась к алмазу - одному из самых твердых материалов в природе, который был использован для создания нового зеркала, способного выдерживать лазерные лучи, настолько мощные, что могут прожечь сталь.

реклама

Ученые разработали из алмазного листа новое прочное зеркало, способное выдерживать излучение мощных лазеров. Depositphotos

Новое сверхпрочное зеркало было разработано для того, чтобы устранить некоторые недостатки современных мощных лазерных систем непрерывного действия. Зеркала, используемые для управления лучами в таких лазерах, сформированы из тонких слоев материалов с различными оптическими свойствами. И если в одном из этих слоев есть хотя бы микроскопический дефект, лазер не отразится от зеркала, а прожжет его насквозь, что соответственно приведет к сбою в работе.

Более простым подходом могло бы стать использование только одного материала. Однако нельзя так просто взять один из самых прочных материалов и использовать его в работе. Чтобы сформировать новое алмазное зеркало, исследовательской группе потребовалось воспользоваться передовыми методами плазмохимического травления, изначально разработанными для вырезания наноразмерных структур в алмазах, применяемых в квантовой оптике и телекоммуникациях.

"Мы подумали, почему бы не использовать то, что мы разработали для квантовых технологий, для чего-то более классического", - комментирует Хайг Атикян, первый автор проекта.

Увеличенное микроскопическое изображение алмазного зеркала, разработанного гарвардскими инженерами. Loncar Lab/Harvard SEAS

В результате с помощью ионного пучка на поверхности тонкого алмазного листа размером всего 3 x 3 мм (0,1 x 0,1 дюйма) были вытравлены микроскопические структуры напоминающие подставку под мяч для гольфа. Благодаря такому строению алмазное зеркало и получило свои отражающие свойства. По мнению исследователей, именно полученный коэффициент отражения в 98,9 процента является той самой идеальной точкой, которая помогает сохранить долговечность зеркала и устройства в целом.

"Вы можете изготовить рефлекторы, с отражающей способностью 99,999 процентов, состоящие из 10-20 слоев, что ещё приемлемо для лазеров малой энергии, но они однозначно не справятся с высокой мощностью", - считает Нил Синклер, соавтор статьи.

Ученые испытали свое новое зеркало, поместив его перед 10-киловаттным лазером, используемым для научных исследований ВМС США, (обладающий достаточной мощностью, чтобы прожечь толстый лист стали). В результате испытаний зеркало осталось совершенно невредимым.

Микроскопическое изображение зеркала из алмазного листа, несущего структуры в форме крошечных подставок для гольф-мяча. Loncar Lab/Harvard SEAS

"Преимущество этого исследования в том, что мы сфокусировали 10-киловаттный лазер в 750-микронное пятно на алмазе размером 3 на 3 миллиметра, то есть огромное количество энергии на очень маленьком участке, и мы не сожгли его", - сказал Атикян. "Это очень важно, поскольку лазерные системы становятся все более энергоемкими, вам нужно придумать креативные способы сделать оптические компоненты более надежными".

В настоящее время ученые изучают возможность коммерческого использования технологии и считают, что их новые алмазные зеркала будут применяться в самых разных областях - от производства полупроводников и оборонных разработок до космической связи и промышленного производства.

"Наша технология построения зеркал из одного материала устраняет проблемы термического напряжения, которое губительно для обычных зеркал, сформированных слоями из разных материалов, при облучении их большой мощностью", - рассказывает Марко Лонкар, руководитель проекта. " Потенциал такого подхода заключается в усовершенствовании и поиске новых применений лазеров большой мощности".

Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.

анонсы и реклама

Источники: Гарвардский университет, Journal Nature Communications. 
(https://www.nature.com/articles/s41467-022-30335-2) 
(https://www.seas.harvard.edu/news/2022/05/diamond-mirrors-high-powered-lasers)

За пост начислено вознаграждение
Этот материал написан посетителем сайта, и за него начислено вознаграждение.
+
Написать комментарий (0)

Популярные новости

Сейчас обсуждают