В лаборатории квантовых оптических технологий Физического факультета НГУ, подразделения Стратегической академической единицы «Нелинейная фотоника и квантовые технологии», проведены уникальные эксперименты по высокоэффективной параметрической генерации на кристаллических структурах, полученных из титанил-фосфата калия (KTP). Данные структуры были изготовлены впервые в России и могут быть использованы для широкого спектра прикладных задач.
Кристаллы КТР обладают высокими нелинейно-оптическими и электрооптическими свойствами, благодаря чему используются для электрооптической модуляции мощного лазерного излучения. Кроме того, они обладают высоким порогом оптической стойкости и позволяют жестко фокусировать излучение накачки по сравнению со структурами из LiNbO3. Параметрические генераторы света на основе периодических структур из KTP работают в среднем инфракрасном диапазоне и представляют большой практический интерес. В среднем диапазоне лежат полосы поглощения отравляющих и взрывчатых веществ, соответственно такие лазеры могут использоваться для диагностики утечек природного газа и нефти из трубопроводов, а также в медицине и оборонной промышленности.
До настоящего момента подобные кристаллические структуры изготавливались только во Франции, Израиле и Швеции. В создании российских структур участвовали ученые из различных организаций Новосибирска и Екатеринбурга: подложки выращены в Институте теплофизики им. С.С. Кутателадзе (д. ф-м. н. А.Б. Каплун), физические свойства пластинок исследованы в НГУ (к. ф-м. н. А.В. Горчаков), периодические структуры созданы в УРФУ (д. ф-м. н., профессор В.Я. Щур), полировки и изготовление антиотражающих поверхностей выполнены в лаборатории «Функциональные материалы» НГУ (д.т.н. Л.И. Исаенко). Таким образом, весь цикл создания и изготовления кристаллических структур проходит в России, что, по мнению ученых, очень важно в современной политической ситуации.
- В наше время по многим программам, по которым мы сейчас работаем, можно покупать только отечественные комплектующие, чтобы ни от кого не зависеть. Структуры из KTP делаются за рубежом, в России же все попытки сделать их ни к чему не привели. С нашей стороны это была инициативная работа. Я обратился ко всем производителям кристаллов из KTP. Мы исследовали физические и оптические свойства пластинок КТР от разных производителей и определили оптимальные параметры пластинок, позволяющие создать регулярную доменную структуру. Благодаря этим исследованиям в Уральском федеральном университете реализовали изготовление данных структур. В результате была создана первая отечественная структура и получена параметрическая генерация с заданными параметрами, - рассказал руководитель лаборатории квантовых оптических технологий ФФ НГУ Дмитрий Колкер.
Сейчас ученые уже приступили к изготовлению рабочих образцов объемных кристаллов размером 4 ´ 4 ´ 20 мм. Такие кристаллы могли бы быть интересны при разработке мощных источников излучения в среднем ИК-диапазоне.
Группа ученых из лаборатории ЛКОТ принимала участие в создании прибора для диагностики в медицине совместно с Томским государственным университетом и ООО«Специальные технологии». В настоящее время на данных системах уже ведутся исследования выдыхаемого воздуха для медицинской диагностики в Томске и Германии. Ученые намерены модернизировать эти приборы с учетом последних исследований в НГУ. Сложную оптическую схему с большим количеством алгоритмов, вычислений и управлений постараются упростить, что поможет сократить затраты на изготовление подобного оборудования и увеличит срок эксплуатации.
В настоящее время в НГУ ведутся работы по созданию широкоапертурных периодических структур из KTiAsO4 (KTA), которые используются для параметрической генерации в первом окне прозрачности атмосферы (3-5 мкм). Эти структуры будут востребованы при создании источников когерентного инфракрасного излучения повышенной мощности для широкого круга прикладных задач.
На работу с кристаллами ученым НГУ были выделены гранты. В частности, сотрудник лаборатории квантовых оптических технологий, кандидат физико-математических наук Надежда Костюкова получила грант РФФИ «Мой первый грант» на исследование нелинейных кристаллов среднего ИК-диапазона, а сотрудник лаборатории Андрей Бойко пройдет стажировку в Институте Макса Борна в Германии в рамках совместной Российско-Германской программы DAAD «Михаил Ломоносов» и Министерства образования и науки РФ. Работа будет направлена на исследование параметрических генераторов света повышенной мощности в среднем ИК-диапазоне.
