Prawie każdy samochód, pociąg i samolot zbudowane od lat 70-tych zostały wykonane przy użyciu laserów o dużej mocy, które wystrzeliwują ciągłą wiązkę światła. Te lasery są wystarczająco mocne, aby ciąć stal, wystarczająco precyzyjne, aby wykonywać operacje i wystarczająco silne, aby przesyłać wiadomości w przestrzeń kosmiczną. W rzeczywistości jest tak potężny, że trudno jest zaprojektować elastyczne, długowieczne komponenty, które mogą kontrolować silne wiązki emitowane przez laser.
Obecnie większość zwierciadeł wykorzystywanych do kierowania wiązką w laserach z falą ciągłą o dużej mocy (CW) jest wytwarzanych przez układanie cienkich warstw materiałów o różnych właściwościach optycznych. Ale jeśli w którejkolwiek z warstw pojawi się jeden mały defekt, potężna wiązka lasera wypali się, co doprowadzi do awarii całego urządzenia.
Jeśli możesz wykonać lustro z jednego materiału, znacznie zmniejszy to możliwość defektów i wydłuży żywotność lasera. Ale jakie materiały będą wystarczająco mocne?
Teraz naukowcy z Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) zbudowali lustro z jednego z najsilniejszych materiałów na świecie: diamentu. Wytrawiając nanostruktury na powierzchni cienkiej płytki diamentowej, zespół badawczy zbudował lustro o wysokim współczynniku odbicia, które wytrzymywało bez uszkodzeń eksperymenty z użyciem 10-kilowatowego lasera morskiego.
powiedział Marko Loncar, profesor inżynierii elektrycznej w Tiantsai Lin w SEAS i pierwszy autor artykułu. „To podejście ma potencjał, aby ulepszyć lub stworzyć nowe zastosowania dla laserów wysokoenergetycznych”.
Wyszukiwanie zostało opublikowane w Komunikacja przyrodnicza.
Laboratorium Nanooptyki Loncar pierwotnie opracowało technikę wytrawiania nanostruktur w diamenty do zastosowań w optyce kwantowej i komunikacji.
„Pomyśleliśmy: „Dlaczego nie wykorzystać tego, co opracowaliśmy do zastosowań kwantowych, i użyć tego do czegoś bardziej klasycznego” – powiedział Haig Attikian, były doktorant i pracownik naukowy SEAS oraz pierwszy autor artykułu badawczego.
Stosując tę technikę, która wykorzystuje wiązkę jonów do wytrawiania diamentów, naukowcy wyrzeźbili zestaw słupów w kształcie litery T, które stykają się z powierzchnią, na płycie diamentowej o wymiarach 3 na 3 milimetry. Kształt koszulki golfowej, szeroki u góry i wąski u dołu, sprawia, że diamentowa powierzchnia odbija 98,9%.
powiedział Neil Sinclair, naukowiec z SEAS i współpracownicy, którzy są autorami artykułu.
Aby przetestować lustro za pomocą lasera o dużej mocy, zespół zwrócił się do współpracowników z Pennsylvania State University Applied Research Laboratory, ośrodka badawczego Uniwersytetu Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych nazwanego na cześć Departamentu Obrony.
Tam, w specjalnie zaprojektowanym, zamkniętym pomieszczeniu, aby zapobiec wyciekaniu niebezpiecznych poziomów światła laserowego i oślepianiu lub paleniu osób w sąsiednim pokoju, naukowcy ustawili swoje lustro przed 10-kilowatowym laserem, wystarczająco silnym, aby spalić stal. .
Lustro wyglądało na nienaruszone.
„Zaletą tych badań jest to, że mamy 10 kilowatowy laser skupiony na plamce 750 mikronów na diamentie 3 x 3 milimetrów, co stanowi ogromną ilość energii skupioną na bardzo małej plamce” – powiedział Attikian. jest ważne, ponieważ systemy laserowe stają się bardziej energochłonne, musisz wymyślić innowacyjne sposoby na zwiększenie mocy komponentów fotowoltaicznych”.
Naukowcy przewidują, że w przyszłości zwierciadła te będą wykorzystywane w zastosowaniach obronnych, produkcji półprzewodników, produkcji przemysłowej i komunikacji w kosmosie. Podejście to można również zastosować w przypadku tańszych materiałów, takich jak topiona krzemionka.
Harvard OTD chronił własność intelektualną związaną z tym projektem i bada możliwości marketingowe.
Badania współautorami byli Paul Latwick, Xiao Xiong, Srujan Misala, Scarlett Gauthier, Daniel Wentz, Joseph Randy, David Burnout, Sage de Frances, Jeffrey Thomas, Michael Roman, Sean Durant i Federico Capasso, profesor Robert L. Wallace w UCLA. Fizyka Stosowana i starszy pracownik naukowy Fenton Hayes w inżynierii elektrycznej w firmie SEAS.
Badania te zostały przeprowadzone częściowo w Centrum Nanosystemów (CNS), będącym członkiem Krajowej Sieci Koordynacyjnej Infrastruktury Nanotechnologicznej (NNCI), wspieranej przez Narodową Fundację Nauki w ramach NSF Award No. 1541959. Częściowo wspierany przez Biuro Badań Naukowych Sił Powietrznych (MURI, grant FA9550-14-1-0389), Agencję Zaawansowanych Projektów Badawczych Obrony (DARPA, W31P4Q-15-1-0013), Saudi Communications Center (STC) nr integracyjny Grant materiałów kwantowych i NSF DMR-1231319.
„Całkowity miłośnik kawy. Miłośnik podróży. Muzyczny ninja. Bekonowy kujon. Beeraholik.”
More Stories
Dziś wieczorem SpaceX wystrzeli z Florydy 23 satelity Starlink
Farmaceuci będą promować ochronę przed grypą w opiece nad osobami starszymi
Mapowanie pola magnetycznego Drogi Mlecznej w 3D