Разработка и исследование перестраиваемого источника

Проект «Разработка и исследование перестраиваемого источника излучения в спектральном
диапазоне 12 – 16 мкм»
Информация о компании:
Название – ООО «Специальные технологии»
Организационно-правовая форма – Общество с ограниченной ответственностью
Год создания – 2006
Сфера деятельности: разработка интеллектуальных лазерных систем для практических
применений, в том числе для поиска утечек элегаза на высоковольтных объектах с элегазовой
изоляцией, для анализа состава выдыхаемого человеком воздуха, лазерные газоанализаторы
специального назначения, перестраиваемые СО2 лазеры для различных применений.
Контакты – 630060, Новосибирск, Российская Федерация, ул. Зеленая горка, д. 1/3
Тел./Факс: +7 (383) 334 80 81
e-mail: sales@lc-solutions.com
Сайт – http://www.detectors.lc-solutions.com/
Описание сути проекта:
Неинвазивная диагностика является одним из важных направлений современной медицины.
Регистрация и измерение концентраций летучих соединений в выдыхаемом человеком воздухе
представляет большой интерес при проведении клинико-диагностических исследований в
медицинских учреждениях. Выдох человека является сложной газовой смесью различных
химических соединений, в том числе CH4, NH3, C2H6, H2CO, C2H6O, C2H4O, изотопы СО2, и др. В
области 12-16 мкм широко представлены линии поглощения колебательно-вращательных
переходов этих веществ. Некоторые молекулы, имеющие специфичность образования в
организме, могут служить естественными газообразными биомаркерами. Регистрация и
определение концентрации перечисленных газовых примесей в выдохе человека могли бы дать
ценную информацию для диагностики биохимических и физиологических процессов,
протекающих в организме человека при определенных заболеваниях (бронхолегочные,
желудочно-кишечные заболевания, сахарный диабет). По изменению концентрации и
соотношению выделяемых при дыхании веществ можно делать предположения о наличии
болезни.
Основной научной задачей, на решение которой направлен проект, является разработка и
исследование широко-перестраиваемого источника излучения на основе каскадного
параметрического генератора света (ПГС) с fan-out PPLN структурой (периодически
поляризованный кристалл ниобата лития) и кристаллом селеногаллата серебра AgGaSe2 (AGSe) в
спектральном диапазоне 12–16 мкм. Эти нелинейные материалы по совокупности своих
оптических свойств (диапазон прозрачности для AGSe составляет 0,76-18 мкм, порог лучевой
стойкости, коэффициент нелинейности) оптимальны при создании каскадных параметрических
генераторов света среднего инфракрасного диапазона (ИК) с накачкой импульсно-периодическим
лазерным излучением наносекундной длительности. В рамках данного проекта будет реализована
кольцевая схема резонатора каскадного ПГС, в котором PPLN структура, расположенная в
перетяжке резонатора, преобразовывает излучения Nd:YLF лазера (1,053 мкм) в сигнальную и
холостую волны. Сигнальная волна первичного ПГС с длиной волны 1,4 – 1,8 мкм будет являться
волной накачки для вторичного ПГС с кристаллом AGSe, перестраиваемого в диапазоне 12-16
мкм. Принципиальная схема каскадного параметрического генератора света представлена на
рисунке 1.
Рис. 1. Принципиальная схема каскадного ПГС
При разработке лазерных газоаналитических приборов необходимо обеспечить возможность
плавной перестройки длины волны излучения за короткое время (порядка 1–2 минут). К
источникам излучения, удовлетворяющим этим требованиям, относятся параметрические
генераторы света. Преобразование частоты, используемое в параметрических генераторах света,
является эффективным способом создания когерентного излучения в среднем ИК диапазоне. Для
накачки ПГС с кристаллами AGSe требуются источники излучения с длиной волны ~1.5-2 мкм,
которые в отличие от Nd:YAG (λ = 1.064 мкм ) и Nd:YLF лазеров менее распространены. В
качестве источников накачки таких ПГС иногда используют ПГС с оксидными кристаллами
(например, PPLN и PPKTP).
Описание потребителей результатов проекта
Широко перестраиваемый источник излучения на основе параметрического генератора
света в спектральном диапазоне 12–16 мкм может быть использован для различных задач, таких
как, оптико-акустическая спектроскопия, мониторинг окружающей среды, экология дома,
медицинские исследования и другие специальные задачи.
Описание рыночной ситуации, имеющей значение для проекта – в настоящее время на
территории РФ не представлено коммерчески доступных источников когерентного излучения в
диапазоне 12-16 мкм.
Краткая справка о российском и мировом уровне работ и исследований в данном
направлении
Благодаря хорошо отработанным технологиям выращивания кристаллы AGSe получили
широкое использование в устройствах преобразования частоты [1, 2]. Главным образом кристалл
AGSe используется для удвоения частоты CO2 лазера [3, 4]. Для использования кристаллов AGSe
для параметрических генераторов света требуются источники излучения с длиной волны ~1.52 мкм, которые в отличие от Nd:YAG и Nd:YLF лазеров (длины волн излучения λ=1.064 мкм и
λ=1.053 мкм, соответственно) менее распространены. Для накачки ПГС с кристаллами AGSe
иногда используют ПГС с оксидными кристаллами (например, PPLN и PPKTP) [1, 2]. В этих
работах кристаллы PPLN и AGSe располагались в разных резонаторах и сигнальная волна PPLN
ПГС накачивала AGSe ПГС. В работе [5] показана возможность реализации каскадного
параметрического генератора света в одном резонаторе. PPLN структура состояла из двух частей.
Первая часть длиной 13 мм состояла из одной секции с постоянным периодом решетки
нелинейности Λ = 7.2 мкм, вторая часть – fan out структура длиной 7 мм. Период решетки fan-out
PPLN изменялся по ширине кристалла от 19.45 до 19.85 мкм. В качестве источника накачки
использовался непрерывный лазер с длиной волны 532 нм. Перестройка длины волны первичного
ПГС осуществлялась изменением температуры структуры от 150С до 220С. Сигнальная волна
первичного ПГС с длиной волны 0.8 мкм являлась волной накачки для вторичный ПГС,
перестраиваемого в диапазоне 1.5-1.72 мкм. Однако, работ, в которых PPLN структуры и
кристаллы AGSe расположены в одном резонаторе, нами не найдено. Поэтому исследование
возможности реализации кольцевого резонатора каскадного ПГС для создания когерентного
излучения в области 12 - 16 мкм является актуальной и интересной задачей.
1. Chuang T., Martin N., Burnham R. Generation of multiple mid infrared wavelengths using
PPLN and AgGaSe2 // IRIS Proceedings. Jan. – 1998. – P. 15.
2. Vaicikauskas V., Kaucikas M., Kuprionis Z. Difference frequency generation between the
output waves of the PP-MgO:LN optical parametric oscillator // Lithuanian Journal of Physics. – 2008. –
V. 48. № 4. – P. 313
3. Андреев Ю.М., Батурин И.С., Гейко П.П., Гусамов А.И. Удвоение частоты CO2-лазеров
в новом нелинейном кристалле AgGaxIn1-xSe2 // Квантовая электроника. – 1999. – Т. 29. № 1. – С.
66.
4. Gorton E.K., Mason P.D. CO2 Laser frequency doubling using AgGaSe2 // RSRE
Memorandum № 4528
5. Gorelik P.V., Wong F.N.C., Kolker D.B., Zondy J.-J. Cascaded optical parametric oscillation
with a dual-grating periodically poled lithium niobate crystal // Opt. Lett. – 2006. – V. 31. – P. 2039.
Потребности проекта:
Для реализации проекта планируется привлечь магистранта физико-технического
факультета НГТУ, либо физического факультета НГУ. Предпочтение отдается магистранту,
обучающемуся на одной из следующих кафедр: Лазерные системы, Оптические информационные
технологии, Квантовая оптика, Общая физика.
Также необходимо формирование междисциплинарной группы в составе:
1. Инженер-электроник (разработка платы контроллера для реализации автоматической
системы термостабилизации, перестройки и управления устройством);
2. Инженер-программист (написание программного обеспечения для управления
устройством с ПК).
В качестве руководителя проекта привлекается аспирант физико-технического факультета
НГТУ, либо физического факультета НГУ, обучающегося по одному из следующих направлений:
01.04.05 – Оптика, 05.11.07 – Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы.
Партнеры компании в проекте (если есть) - нет