Лазерная биофотоника

А. В. Приезжев, А. Е. Луговцов, М. Ю. Кириллин, В. В. Тучин

  • Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, физический факультет
  • МГУ им. М.В. Ломоносова, Международный учебно-научный лазерный центр, г. Москва
  • Институт прикладной физики РАН, г. Нижний Новгород
  • Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского
  • Национальный исследовательский Томский государственный университет
  • Институт проблем точной механики и управления РАН, г. Саратов
Аннотация: В первом номере журнала «Квантовая электроника» за 2021 г., посвященном лазерной биофотонике, опубликованы статьи, написанные, главным образом, по материалам приглашенных докладов международного симпозиума «Оптика и биофотоника 2020» (https://sfmconference.org/files/20-sfm-program-5-10-20-total.pdf), являющегося частью известной международной конференции Saratov Fall Meeting (SFM), ежегодно проводимой в Саратове (Россия). Все представленные статьи посвящены возможностям использования лазерных технологий в биомедицинских приложениях и отражают основные направления исследований, проводимых в настоящее время в области лазерной биофотоники в нашей стране и частично за рубежом. К таким направлениям следует отнести, в первую очередь, лазерно-индуцированную модификацию биологических тканей и интенсификацию фотохимических процессов в них. Так, в статье А.В. Беликова и др. (Санкт-Петербург, Москва) рассмотрено применение лазера с длиной волны 1.54 мкм, работающего в режиме генерации пакетов микросекундных импульсов, для разрушения катаракты. А.Г. Шубный с соавторами (Москва) предложили новый подход к лазерному обесцвечиванию татуировок. В статье Н.Ю. Игнатьевой и др. (Москва) рассматривается лазерно-индуцированная модификация коллагенового каркаса склеры для изменения ее гидравлической проницаемости. Исследованию возможности увеличения интенсивности фотохимических процессов рибофлавин/УФ-фотосшивания коллагена склеры посредством иммерсионного просветления ткани посвящена статья М.Е. Швачкиной и др. (Саратов, Томск).
Поступила в редакцию: 04.12.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:1, 1
Образец цитирования: А. В. Приезжев, А. Е. Луговцов, М. Ю. Кириллин, В. В. Тучин, “Лазерная биофотоника”, Квантовая электроника, 51:1 (2021), 1 [Quantum Electron., 51:1 (2021), 1]

Скачать (pdf)

Ватт-амперные характеристики мощных импульсных полупроводниковых лазеров (1060 нм), работающих при повышенных (до 90 °С) температурах

П. С. Гаврина, А. А. Подоскин, Е. В. Фомин, Д. А. Веселов, В. В. Шамахов, С. О. Слипченко, Н. А. Пихтин, П. С. Копьев

  • Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, г. С.-Петербург
  • ООО »Эльфолюм», г. С.-Петербург
Аннотация: Исследованы импульсные излучательные характеристики мощных полупроводниковых лазеров на основе асимметричной гетероструктуры InGaAs/AlGaAs/GaAs с активной областью, включающей две квантовые ямы, и градиентным волноводом со стороны р-эмиттера. Показано, что использование предложенной конструкции позволяет обеспечить эффективную работу лазеров при накачке импульсами тока длительностью 100 нс в интервале температур 25 – 90 °C. Лазеры с длиной резонатора Фабри–Перо 2900 мкм продемонстрировали пиковую мощность 62 Вт (ток инжекции 123 А) и 43 Вт (122 А) при температурах 25 °C и 90 °C соответственно. Показано, что при комнатной температуре и уровне токов ~50 А уменьшение длины резонатора до 600 мкм не приводит к снижению излучаемой мощности по сравнению с лазерами с длинным (2900 мкм) резонатором. Увеличение температуры до 90 °C при высоких токах накачки приводит к резкому падению излучательной эффективности лазеров с коротким (600 мкм) резонатором и переходу их в режим с двухполосным спектром генерации.
Ключевые слова: полупроводниковые лазеры, гетероструктура, импульсная накачка, спектр лазерной генерации
Поступила в редакцию: 05.11.2020
Исправленный вариант: 25.11.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:2, 129–132
Образец цитирования: П. С. Гаврина, А. А. Подоскин, Е. В. Фомин, Д. А. Веселов, В. В. Шамахов, С. О. Слипченко, Н. А. Пихтин, П. С. Копьев, “Ватт-амперные характеристики мощных импульсных полупроводниковых лазеров (1060 нм), работающих при повышенных (до 90 °С) температурах”, Квантовая электроника, 51:2 (2021), 129–132 [Quantum Electron., 51:2 (2021), 129–132]

Предельные спектральные и угловые характеристики пилообразных двухслойных двухрельефных дифракционных микроструктур

Г. И. Грейсух, Е. Г. Ежов, О. А. Захаров, В. А. Данилов, Б. А. Усиевич

  • Пензенский государственный университет архитектуры и строительства
  • Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, г. Москва
  • Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, г. Москва
Аннотация: Исследованы пилообразные двухслойные микроструктуры с внутренним и наружным, а также с двумя внутренними рельефами, скомпонованные из технологичных и коммерчески доступных на сегодняшний день оптических пластмасс или из оптической пластмассы и нанокомпозитного материала. С использованием соответствующих модельных микроструктур в рамках строгой теории дифракции оценены предельные спектральные и угловые характеристики пилообразных двухслойных двухрельефных дифракционных микроструктур обоих типов.
Ключевые слова: дифракционный оптический элемент, двухслойная двухрельефная дифракционная микроструктура, дифракционная эффективность, скалярная и строгая теории дифракции.
Поступила в редакцию: 30.09.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:2, 184–188
Образец цитирования: Г. И. Грейсух, Е. Г. Ежов, О. А. Захаров, В. А. Данилов, Б. А. Усиевич, “Предельные спектральные и угловые характеристики пилообразных двухслойных двухрельефных дифракционных микроструктур”, Квантовая электроника, 51:2 (2021), 184–188 [Quantum Electron., 51:2 (2021), 184–188]

Работа когерентного рефлектометра в условиях сильного локального воздействия на волокно

Д. М. Бенгальский, Д. Р. Харасов, Э. А. Фомиряков, С. П. Никитин, О. Е. Наний, В. Н. Трещиков

  • ООО «Т8 Сенсор», г. Москва
  • Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, физический факультет
  • Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), Московская облаcть, г. Долгопрудный
Аннотация: Экспериментально обнаружено и подтверждено численным моделированием, что сильное локальное виброакустическое воздействие на участок волокна вносит искажения в сигнал, детектируемый когерентным рефлектометром (рефлектограмму), от всех участков волокна, расположенных за областью сильного воздействия. Сравнение экспериментальных результатов с теоретическими оценками и результатами численного моделирования позволяет утверждать, что физический механизм искажений рефлектограммы связан с вызванным внешним воздействием переменным сдвигом частоты оптической несущей зондирующего импульса.
Ключевые слова: оптический волоконный датчик, распределенный датчик, фазочувствительный оптический рефлектометр, пьезоэлектрический эффект, пьезоволоконный модулятор, сильное воздействие на волокно, частотная модуляция, корреляция.
Поступила в редакцию: 16.05.2020
Исправленный вариант: 10.08.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:2, 175–183
Образец цитирования: Д. М. Бенгальский, Д. Р. Харасов, Э. А. Фомиряков, С. П. Никитин, О. Е. Наний, В. Н. Трещиков, “Работа когерентного рефлектометра в условиях сильного локального воздействия на волокно”, Квантовая электроника, 51:2 (2021), 175–183 [Quantum Electron., 51:2 (2021), 175–183]

Сравнительное исследование динамики лазерного пробоя воды и гексана с помощью интерференционной микроскопии

В. В. Кононенко, В. М. Гололобов, Т. В. Кононенко, Е. А. Гончаров, В. И. Конов

  • Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, г. Москва
Аннотация: Изменения оптических свойств воды и гексана при воздействии фемтосекундного излучения (Ti : Al2O3-лазер, длина волны 800 нм, интенсивность ~1013 Вт/см2) исследованы в режиме кавитации (образования пузырьков) с помощью интерференционной микроскопии во временном промежутке ~1.5 нс с момента воздействия. Проведено сравнение динамики индуцированных излучением процессов: сольватации избыточных электронов, парной рекомбинации и развития предкавитационных процессов. Получены оценки концентрации возбужденных носителей, не согласовующиеся с количеством энергии, которую необходимо передать за импульс в жидкость для ее нагрева и последующей кавитации. Это несоответствие особенно ярко проявляется для гексана, где процесс ионизации практически не детектируется интерференционными измерениями. В результате проведенных экспериментов возникают новые вопросы о механизмах передачи энергии при интенсивном лазерном воздействии как на полярные, так и на неполярные жидкости.
Ключевые слова: фемтосекундное лазерное излучение, лазерно-стимулированные процессы в жидкостях, интерференционная микроскопия
Поступила в редакцию: 24.09.2020
Исправленный вариант: 10.11.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:2, 169–174
Образец цитирования: В. В. Кононенко, В. М. Гололобов, Т. В. Кононенко, Е. А. Гончаров, В. И. Конов, “Сравнительное исследование динамики лазерного пробоя воды и гексана с помощью интерференционной микроскопии”, Квантовая электроника, 51:2 (2021), 169–174 [Quantum Electron., 51:2 (2021), 169–174]

Моделирование эффективности электрической накачки квантово-каскадного терагерцевого лазера при неоднородном питании током

А. К. Долгов, Д. В. Ушаков, А. А. Афоненко, И. Н. Дюжиков, И. А. Глинский, Д. С. Пономарев, Р. А. Хабибуллин

  • Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники им. В. Г. Мокерова РАН, г. Москва
  • Белорусский государственный университет, г. Минск
  • Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова, г. Москва
  • МИРЭА — Российский технологический университет, г. Москва
  • Институт физики микроструктур РАН – филиал Федерального исследовательского центра «Институт прикладной физики РАН», г. Нижний Новгород
Аннотация: Проведено исследование эффективности электрической накачки квантово-каскадных лазеров (ККЛ) терагерцевого (ТГц) диапазона с полосковой геометрией в зависимости от числа и расположения контактных площадок. На основе численного моделирования распределения электрического потенциала в активной области ТГц ККЛ определены необходимые толщины слоев верхней металлизации ТГц ККЛ для минимизации падения напряжения вдоль лазерной структуры в случае неоднородного питания током. Установлено, что при центральном расположении контакта эффективность электрической накачки существенно выше, чем в случае расположения контактных площадок близко к краям лазерной структуры. Из рассчитанной зависимости интегральной мощности ТГц ККЛ от толщины верхнего металлического слоя показано, что для эффективной инжекции тока необходимо располагать контактные площадки на расстоянии менее 0.5 мм друг от друга.
Ключевые слова: квантово-каскадные лазеры, терагерцевый диапазон, электрическая накачка, активная область
Поступила в редакцию: 01.09.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:2, 164–168
Образец цитирования: А. К. Долгов, Д. В. Ушаков, А. А. Афоненко, И. Н. Дюжиков, И. А. Глинский, Д. С. Пономарев, Р. А. Хабибуллин, “Моделирование эффективности электрической накачки квантово-каскадного терагерцевого лазера при неоднородном питании током”, Квантовая электроника, 51:2 (2021), 164–168 [Quantum Electron., 51:2 (2021), 164–168]

Терагерцевая лазерная генерация на гибридном поверхностном плазмоне в структуре на основе HgCdTe

А. А. Дубинов, В. Я. Алешкин, В. И. Гавриленко, В. В. Румянцев, Н. Н. Михайлов, С. А. Дворецкий, В. В. Уточкин, С. В. Морозов

  • Институт физики микроструктур РАН, г. Нижний Новгород
  • Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского
  • Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН, г. Новосибирск
Аннотация: Исследована возможность усиления терагерцевого гибридного поверхностного плазмона в структуре с эпитаксиальной пленкой Hg0.82Cd0.18Te, выращенной на подложке GaAs и покрытой слоем металла. Показано, что при толщине пленки 100 нм и температуре 80 K модовое усиление гибридного поверхностного плазмона может быть больше внешних потерь при интенсивности излучения накачки с длиной волны 2.3 мкм, превышающей 850 кВт/см2. Дополнительное легирование слоя Hg0.82Cd0.18Te донорной примесью с концентрацией 4 × 1017 см-3 приведет к уменьшению пороговой интенсивности накачки в 1.5 раза.
Ключевые слова: гибридный плазмон, терагерцевое излучение, лазер
Поступила в редакцию: 07.10.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:2, 158–163
Образец цитирования: А. А. Дубинов, В. Я. Алешкин, В. И. Гавриленко, В. В. Румянцев, Н. Н. Михайлов, С. А. Дворецкий, В. В. Уточкин, С. В. Морозов, “Терагерцевая лазерная генерация на гибридном поверхностном плазмоне в структуре на основе HgCdTe”, Квантовая электроника, 51:2 (2021), 158–163 [Quantum Electron., 51:2 (2021), 158–163]

Временная компрессия частотно-модулированных импульсов в световодах с внутриволоконными решетками показателя преломления

А. С. Абрамов, И. О. Золотовский, В. А. Камынин, В. А. Лапин

  • Ульяновский государственный университет
  • Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, г. Москва
Аннотация: Рассмотрена динамика частотно-модулированных импульсов в световодах с последовательно записанными решетками показателя преломления, имеющими различный период. Показано, что предлагаемая структура световода может быть использована для генерации пикосекундных и субпикосекундных импульсов с пиковыми мощностями порядка 1 МВт.
Ключевые слова: частотно-модулированный импульс, решетки показателя преломления, временная компрессия.
Поступила в редакцию: 06.08.2020
Исправленный вариант: 27.10.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:2, 153–157
Образец цитирования: А. С. Абрамов, И. О. Золотовский, В. А. Камынин, В. А. Лапин, “Временная компрессия частотно-модулированных импульсов в световодах с внутриволоконными решетками показателя преломления”, Квантовая электроника, 51:2 (2021), 153–157 [Quantum Electron., 51:2 (2021), 153–157]

Термооптические свойства, модуляция добротности и перестройка частоты излучения Nd : LGGG-лазера на переходе 4F3/2 → 4I13/2 иона неодима

Шан Гао, Вей Ван

  • School of Science, Shandong Jiaotong University, China
Аннотация: Исследованы характеристики Nd : LGGG-лазеров в непрерывном режиме и в режиме модуляции добротности на переходе 4F3/2 → 4I13/2 иона неодима. Подробно исследованы лазерные спектры в указанных режимах генерации. Согласно оценке, термооптический коэффициент кристалла Nd :LGGG на длине волны 1.33 мкм составил 15.3 × 10-6 K-1. Путем внесения в резонатор кварцевой пластины, наклоненной под углом Брюстера, осуществлена перестройка частоты излучения Nd : LGGG-лазера. В непрерывном режиме максимальная выходная мощность была равна 802 мВт с дифференциальным КПД 13.2 %. В режиме модуляции добротности минимальная длительность импульса 9.75 нс получена при средней выходной мощности 176 мВт и частоте следования импульсов 8 кГц. Максимальная энергия импульса составила 25.4 мкДж, наибольшая пиковая мощность – 2.4 кВт.
Ключевые слова: модуляция добротности, разупорядоченный кристалл Nd:LGGG, перестраиваемый лазер
Поступила в редакцию: 08.09.2010
Исправленный вариант: 09.11.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:2, 149–152
Образец цитирования: Шан Гао, Вей Ван, “Термооптические свойства, модуляция добротности и перестройка частоты излучения Nd : LGGG-лазера на переходе 4F3/2 → 4I13/2 иона неодима”, Квантовая электроника, 51:2 (2021), 149–152 [Quantum Electron., 51:2 (2021), 149–152]

Ограничение энергии импульсов мощных наносекундных лазеров из-за образования плазмы в пространственных фильтрах

А. А. Кузьмин, Е. А. Хазанов, А. А. Шайкин

  • Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики РАН, г. Н. Новгород
Аннотация: Для лазера на неодимовом стекле, использующегося для накачки параметрического усилителя установки PEARL, исследована проблема заполнения диафрагм вакуумных пространственных фильтров плазмой, появляющейся в результате абляции лазерным излучением поверхности диафрагмы. Измерено время разлета плазмы и определены причины ее появления, среди которых главной являются сферические аберрации линз пространственных фильтров, увеличивающие интенсивность на границе диафрагмы. На установке PEARL при суммарной сферической аберрации пространственных фильтров, уменьшающей число Штреля до 0.15, получена генерация двух наносекундных импульсов с энергиями 130 – 140 Дж, задержанных относительно друг друга на 1.8 нс и свободно проходящих через оконечный пространственный фильтр.
Ключевые слова: пространственная фильтрация лазерного излучения, лазерная плазма, сдвоенные наносекундные импульсы
Поступила в редакцию: 28.09.2020
Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:2, 142–148
Образец цитирования: А. А. Кузьмин, Е. А. Хазанов, А. А. Шайкин, “Ограничение энергии импульсов мощных наносекундных лазеров из-за образования плазмы в пространственных фильтрах”, Квантовая электроника, 51:2 (2021), 142–148 [Quantum Electron., 51:2 (2021), 142–148]