Τα σύνθετα 2D υλικά για λέιζερ ινών δείχνουν υπόσχεση εφαρμογών Ultrafast Optics
Τα δισδιάστατα (2D) υλικά έχουν προσελκύσει σημαντική προσοχή τα τελευταία χρόνια λόγω των μοναδικών ηλεκτρονικών, οπτικών και μηχανικών ιδιοτήτων τους. Αυτά τα υλικά έχουν τη δυνατότητα να φέρει επανάσταση σε ένα ευρύ φάσμα τεχνολογιών, συμπεριλαμβανομένων των λέιζερ ινών.
Τα λέιζερ ινών είναι ένας τύπος λέιζερ που χρησιμοποιεί μια οπτική ίνα ως μέσο κέρδους. Προσφέρουν πολλά πλεονεκτήματα έναντι των παραδοσιακών λέιζερ, όπως η υψηλή απόδοση, το συμπαγές μέγεθος και η ευελιξία. Ωστόσο, η απόδοση των λέιζερ ινών περιορίζεται από τις ιδιότητες του μέσου κέρδους.
Τα σύνθετα υλικά 2D προσφέρουν μια σειρά πιθανών πλεονεκτημάτων για λέιζερ ινών. Αυτά τα υλικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία μέσων κέρδους με υψηλούς δείκτες διάθλασης, χαμηλή απώλεια και ευρύ εύρος ζώνης. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία κορεσμένων απορροφητών, τα οποία χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο της ισχύος εξόδου των λέιζερ ινών.
Σε μια πρόσφατη μελέτη, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Southampton και το Εθνικό Φυσικό Εργαστήριο στο Ηνωμένο Βασίλειο απέδειξαν τη χρήση σύνθετων 2D υλικών σε λέιζερ ινών. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα σύνθετο νιτρίδιο από γραφένιο και εξαγωνικό βόριο (H-BN) για να δημιουργήσουν ένα μέσο κέρδους με υψηλό δείκτη διάθλασης και χαμηλή απώλεια. Το λέιζερ παρήγαγε παλμούς με διάρκεια 100 femtoseconds, το οποίο είναι σημαντικά μικρότερο από τους παλμούς που παράγονται από παραδοσιακά λέιζερ ινών.
Οι ερευνητές πιστεύουν ότι τα σύνθετα 2D υλικά έχουν τη δυνατότητα να φέρει επανάσταση στα λέιζερ ινών. Αυτά τα υλικά προσφέρουν πολλά πλεονεκτήματα έναντι των παραδοσιακών μέσων κέρδους και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία λέιζερ με ένα ευρύ φάσμα ιδιοτήτων. Αυτό θα μπορούσε να ανοίξει νέες δυνατότητες για εφαρμογές σε εξαιρετικά γρήγορη οπτική, όπως τηλεπικοινωνίες, ιατρική απεικόνιση και φασματοσκοπία.
Οφέλη από σύνθετα 2D υλικά για λέιζερ ινών
Τα σύνθετα 2D υλικά προσφέρουν πολλά οφέλη για λέιζερ ινών, όπως:
* Υψηλός δείκτης διάθλασης: Ο δείκτης διάθλασης ενός υλικού είναι ένα μέτρο του πόσο φως είναι λυγισμένο όταν διέρχεται από το υλικό. Ένας υψηλός δείκτης διάθλασης είναι επιθυμητός για λέιζερ ινών, επειδή επιτρέπει την αποτελεσματικότερη σύζευξη φωτός στις ίνες.
* Χαμηλή απώλεια: Η απώλεια φωτός σε ένα λέιζερ ινών είναι ένας σημαντικός παράγοντας που περιορίζει την απόδοσή του. Τα σύνθετα υλικά 2D έχουν χαμηλή απώλεια, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία λέιζερ με υψηλή ισχύ εξόδου.
* ευρεία εύρος ζώνης: Το εύρος ζώνης ενός λέιζερ ινών είναι ένα μέτρο του εύρους των μήκους κύματος που μπορεί να εκπέμψει το λέιζερ. Τα σύνθετα 2D υλικά έχουν ένα ευρύ εύρος ζώνης, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία λέιζερ που μπορούν να εκπέμπουν ένα ευρύ φάσμα χρωμάτων.
* Κορεσμένη απορρόφηση: Η κορεσμένη απορρόφηση είναι μια ιδιότητα των υλικών που τους επιτρέπει να απορροφούν το φως σε χαμηλές εντάσεις, αλλά να γίνονται διαφανείς σε υψηλές εντάσεις. Αυτή η ιδιότητα είναι απαραίτητη για τη δημιουργία λέιζερ που μπορούν να παράγουν μικρά παλμούς φωτός.
Εφαρμογές σύνθετων υλικών 2D για λέιζερ ινών
Τα σύνθετα 2D υλικά έχουν τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθούν σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών για λέιζερ ινών, συμπεριλαμβανομένων:
* Τηλεπικοινωνίες: Τα λέιζερ ινών χρησιμοποιούνται σε μια ποικιλία εφαρμογών τηλεπικοινωνιών, όπως οπτικοί ενισχυτές και μετατροπείς μήκους κύματος. Τα σύνθετα 2D υλικά θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη βελτίωση της απόδοσης αυτών των συσκευών παρέχοντας υψηλότερο κέρδος, χαμηλότερη απώλεια και ευρύτερο εύρος ζώνης.
* Ιατρική απεικόνιση: Τα λέιζερ ινών χρησιμοποιούνται σε μια ποικιλία εφαρμογών ιατρικής απεικόνισης, όπως η τομογραφία οπτικής συνοχής (OCT) και η φωτοακουστική απεικόνιση. Τα σύνθετα 2D υλικά θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη βελτίωση της ανάλυσης και της ευαισθησίας αυτών των συσκευών παρέχοντας υψηλότερο κέρδος, χαμηλότερη απώλεια και ευρύτερο εύρος ζώνης.
* φασματοσκοπία: Τα λέιζερ ινών χρησιμοποιούνται σε μια ποικιλία εφαρμογών φασματοσκοπίας, όπως η φασματοσκοπία Raman και η φασματοσκοπία φθορισμού. Τα σύνθετα 2D υλικά θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη βελτίωση της ευαισθησίας και της εκλεκτικότητας αυτών των συσκευών παρέχοντας υψηλότερο κέρδος, χαμηλότερη απώλεια και ευρύτερο εύρος ζώνης.
Συμπέρασμα
Τα σύνθετα υλικά 2D προσφέρουν μια σειρά πιθανών πλεονεκτημάτων για λέιζερ ινών. Αυτά τα υλικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία λέιζερ με υψηλότερο κέρδος, χαμηλότερη απώλεια, ευρύτερο εύρος ζώνης και απορρόφηση κορεσμού. Αυτό θα μπορούσε να ανοίξει νέες δυνατότητες για εφαρμογές σε εξαιρετικά γρήγορη οπτική, όπως τηλεπικοινωνίες, ιατρική απεικόνιση και φασματοσκοπία.
