Физики «заточили» лазер для хирургов
Лазеры стали неотъемлемой частью современной техники. И они могут проникнуть в нашу жизнь ещё глубже, если решить несколько проблем. Одну из них – неоднородность исходящих из лазера импульсов, заложенную в самой конструкции лазерных аппаратов, смогли преодолеть учёные научно-технологического центра акустооптики НИТУ «МИСиС» в сотрудничестве с коллегами из Института прикладной физики РАН (ИПФ РАН) в Нижнем Новгороде. Результаты исследования опубликованы в журнале Photonics Research (Gacheva et al., Fiber laser with random-access pulse train profiling for a photoinjector driver).
Константин Юшков, один из создателей
системы контроля лазерных импульсов
Суть проблемы вытекает из самого принципа работы лазера, и скрывается в механизме усиления лазерного импульса. Дело в том, что лазерный луч сам по себе – просто свет определённой длины волны. И изначально генерируемые лазерные импульсы довольно слабы по своей мощности. Для практического использования их в большинстве случаев необходимо усиливать. Но во время усиления энергетические характеристики импульсов меняются неодинаково. И если на входе в усилитель мы имеем пучок примерно одинаковых импульсов, то на выходе получается сильное искажение. Кроме того, источники лазерных импульсов выдают их с одной частотой (скажем, миллион в секунду), в то время как для экспериментов или для операции на сетчатке глаза нужны последовательности с частотой сто или, например, десять тысяч импульсов в секунду, а иногда требуются вообще единичные импульсы заданной интенсивности.
Проблема эта известна учёным давно, и борются с ней по-разному. Например, для создания одинаковых импульсов на выходе создают искажения потока входящих импульсов. Правда, до сих пор регулировать импульсы получалось только на уровне всего пучка. Теперь же применён более точный подход: сотрудники центра акустооптики НИТУ «МИСиС» Ефим Казанов, Константин Юшков, Александр Чижиков и Владимир Молчанов в сотрудничестве с коллегами из Института прикладной физики РАН (ИПФ РАН) в Нижнем Новгороде, фактически, создали цифровую систему коррекции каждого импульса в лазерном пучке, выведя контроль над лазерным излучением на новый уровень.
Создание новых лазерных импульсных источников излучения с контролируемой интенсивностью и частотой импульсов в пучках необходимо и для фундаментальных, и для прикладных целей.
Рассказывает один из авторов разработки, ведущий научный сотрудник Центра акустооптики НИТУ «МИСиС» Константин Юшков: «Говоря о фундаментальном применении, мы можем использованием нашей технологии лучше контролировать энергию заряженных частиц в ускорителях, что позволит проще и эффективнее находить новые элементарные частицы и быстрее добраться до тёмной материи. Также технологию контроля интенсивности и частоты лазерных импульсов можно применить для более точного разогрева плазмы в перспективных термоядерных реакторах, действующих на основе реакций синтеза. Есть и более практические применения – контролируя интенсивность каждого импульса, мы можем сформировать из нашего пучка двоичный, или например восьмеричный код. Плюс к этому кодировать информацию можно, варьируя время между двумя соседними импульсами за счёт вырезания лишних. В итоге мы получаем из обычного импульсного лазера невероятный по ёмкости передатчик информации, даже на одной длине волны способный передавать на несколько порядков больше информации. Если привести очень грубый пример, то раньше с его помощью можно было передавать что-то не сложнее азбуки Морзе, а теперь – видеосигнал».
Разговоры о такой технологии передачи информации велись ещё с начала девяностых годов. Но технологический уровень не позволял реализовать эту возможность в промышленном масштабе. Теперь это стало вполне реальным. Ещё одно применение разработке можно найти в медицине: за счёт контроля каждого импульса эта технология позволит вывести на новый уровень офтальмологические операции, литотрипсию (дробление почечных камней) и другие операции, где требуется ювелирное лазерное вмешательство.
Система модуляции лазерных импульсов уже успешно прошла экспериментальное тестирование на установке, разрабатываемой в ИПФ РАН.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru