Sciencemag.cz
Doporučujeme
Dnešní lasery jsou dostatečně výkonné, aby řezaly ocel. Z druhé strany to znamená, že mají takovou sílu, že jejich paprsky lze obtížně ovládat – tedy k manipulaci s laserovým světlem je obtížné vytvářet dostatečně odolné a trvanlivé komponenty. A to i když samotné zaměření paprsku je dostatečně přesné/předvídatelné i pro chirurgické zákroky.
Většina zrcadel (reflektorů) používaných k usměrňování paprsku ve výkonných laserech generujících spojité vlny se dnes vyrábí vrstvením tenkých vrstev materiálů s různými optickými vlastnostmi. Pokud se však v některé z vrstev vyskytne byť jen drobná vada, laserový paprsek ji může propálit a způsobit selhání celého zařízení. Pokud by se podařilo vyrobit zrcadlo z jednolitého materiálu, pravděpodobnost výskytu vad by se výrazně snížila a životnost zařízení prodloužila. Vědci ze SEAS (Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences) nyní takové zrcadlo sestrojili z diamantu. Do povrchu tenkého materiálu bylo k tomu třeba vyleptat příslušné struktury, které mu dodají příslušnou funkčnost. Takto vytvořené vysoce účinné zrcadlo pak vydrželo i pokusy s 10kw laserem amerického námořnictva.
Navíc má tento typ zrcadla mít oproti běžným zrcadlům tvořených více materiály výhody i z hlediska tepelného namáhání.
Vlastní technika leptání nanostruktur do diamantů byla původně vyvinuta pro aplikace v kvantové optice/ kvantové komunikaci. Nyní pomocí iontového paprsku autoři studie vyleptali do povrchu diamantového plátku (tloušťka 3 mikrometry) o rozměrech 3 × 3 milimetry soustavu sloupců (děr) nahoře širokých a dole úzkých. Povrch diamantu získal díky tomu odrazivost 98,9 %.
„Můžete vyrobit zrcadla, které odrážejí 99,999 % dopadajícího světla, ale ta se skládají z 10-20 vrstev. To je dobré pro laser s nízkým výkonem, vysoké výkony to určitě nevydrží,“ uvedl spoluautor studie Neil Sinclair, ze SEAS. Výkon současných laserů roste, takže je třeba zvyšovat i odolnost dalších prvků v zařízení. Při testu, kdy se hodně energie soustředilo na velmi malé místo (parametry viz výše) materiál odolal a nepropálil se.
Autoři výzkumu, respektive příslušná instituce, chtějí příslušné techniky licencovat. Jako aplikace se nabízí vojenský průmysl, výroba polovodičů nebo komunikace ve vesmíru. Namísto diamantu by se v některých případech mohlo dát pracovat i s levnějšími materiály, nabízí se oxid křemičitý.
Haig A. Atikian et al, Diamond mirrors for high-power continuous-wave lasers, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-30335-2
Zdroj: Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences / Phys.org
