Ett internationellt team av forskare ledda av forskare från Laboratory of Nanomaterials vid Skoltech Center for Photonics and Quantum Materials (CPQM) har visat att den olinjära optiska responsen från kolnanorör kan kontrolleras genom elektrokemisk grind. Detta tillvägagångssätt gjorde det möjligt att utforma en anordning för att styra laserpulsens varaktighet. Resultaten av studien publicerades i den prestigefyllda internationella tidskriften Nanobokstäver .

Optiska fenomen som vi möter i vårt dagliga liv, som reflektion, brytning eller absorption av ljus, beror inte på intensiteten av infallande ljus. Dock, vid mycket höga strålningsintensiteter, en ny klass av fenomen uppstår, som orsakar förändringar i brytningsindex, självfokusering av ljus eller uppkomst av strålning vid nya våglängder. Dessa och andra fenomen som är beroende av ljusets intensitet studeras av en sektion av fysik som kallas olinjär optik. I vanliga fall, effektiviteten av olinjärt optiskt svar är materialets oföränderliga egenskaper som bestäms av dess struktur.

Att använda nanomaterial som ett optiskt olinjärt medium öppnar nya perspektiv för olinjäritetskontroll tack vare det faktum att majoriteten av dess atomer är exponerade mot ytan. Detta gör det möjligt att styra ett materials elektroniska struktur och därmed ändra dess olinjära optiska svar.

Skoltech-forskare i samarbete med sina kollegor från Fiber Optics Research Center i RAS, Novosibirsk State University och University of Warwick (UK) har föreslagit en metod för att kontrollera den mättbara absorptionen av kolnanorör med hjälp av elektrokemisk grind. Mättbar absorption är en olinjär optisk effekt när absorptionskoefficienten minskar med ökande effekt av infallande ljus. Således, materialet blir mer genomskinligt under intensiv laserstrålning. "Vi visade att storleken på den olinjära transparensen kan kontrolleras genom att placera materialet i en elektrokemisk cell. Det har varit känt att, om den placeras i den elektrokemiska cellen, nanorör kan samla en ansenlig mängd elektrisk laddning på sin yta. Vad som hittills inte har varit känt är att laddningsackumuleringen leder till en signifikant förändring av materialets olinjära optiska respons och, särskilt, en minskning av mättbar absorption, " säger den första författaren till studien och seniorforskare vid Skoltech, Yuriy Gladush.

Också, författarna har undersökt en av de potentiella praktiska tillämpningarna av ett material med ett kontrollerat olinjärt svar. Mättnadsbar absorption används i stor utsträckning i lasersystem för att generera femtosekundsljuspulser. Allt du behöver göra är att placera en mättbar absorbator med givna parametrar i laserhåligheten. "Vi antog att lasergenereringsregimen kan kontrolleras genom att justera materialets olinjära svar. För att göra det, vi byggde en elektrokemisk cell med kolnanorör placerade på den optiska fiberytan och integrerade den i den fiberoptiska laserkaviteten. Vi upptäckte att genom att lägga spänning på enheten, man kan växla från kontinuerlig lasergenereringsregim till pulsad regim inom femtosekund- och mikrosekundintervallet. Denna uppfinning banar väg för universella lasersystem med en kontrollerbar pulslängd som kan användas vid laserbearbetning av material, laserkirurgi, och estetisk medicin, "förklarar Albert Nasibulin, Chef för Skoltechs laboratorium för nanomaterial och professor i RAS.