Naukowcom w Uniwersytetu Warszawskiego udało się znacząco zminiaturyzować lasery generujące ultrakrótkie impulsy świetlne. Osiągnięcie otwiera drogę do przemysłowej produkcji niezawodnych laserów femtosekundowych o kompaktowej budowie
Trwają zaledwie milionowe miliardowych części sekundy. Niewyobrażalnie
krótkie, femtosekundowe impulsy laserowe znajdują wiele zastosowań w
nowoczesnym przemyśle. Współczesne lasery, które mogą je wytwarzać, mają
jednak istotną wadę: wymagają stosunkowo dużych, precyzyjnych i
wrażliwych zewnętrznych układów optycznych, służących do diagnostyki
impulsów i ich przetwarzania. Optykom z Instytutu Fizyki Doświadczalnej
Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego (IFD FUW) z powodzeniem udało
się zminiaturyzować niektóre z tych układów. Nowatorskie przyrządy,
skonstruowane w ramach europejskiego projektu MINIMODS o budżecie 1,5
mln euro, są tanie i łatwe w produkcji nawet na masową skalę.
„Nie odkrywaliśmy Ameryki, lecz uważnie wykorzystaliśmy swoją
dotychczasową wiedzę. W efekcie udało nam się zredukować rozmiary
ważnych przyrządów optycznych dosłownie do milimetrów. Tak niewielkie
urządzenia, w tym diagnostyczne, można już trwale integrować z laserami
impulsowymi, które w przyszłości będą mogły same się stroić” - tłumaczy
kierownik projektu dr hab. Piotr Wasylczyk z Pracowni Nanostruktur
Fotonicznych Zakładu Optyki IFD FUW.
Wśród przyrządów optycznych zmodernizowanych przez fizyków z
Uniwersytetu Warszawskiego w ramach projektu MINIMODS znajdują się
autokorelator oraz tripler, czyli urządzenie do modyfikowania
częstotliwości światła.
Autokorelator jest ważną częścią laserów impulsowych, ponieważ
monitoruje czas trwania poszczególnych impulsów. Miniaturyzacja
przyrządu pozwoli w przyszłości zintegrować go z samym laserem. Tak
udoskonalony laser, z własnym układem diagnostycznym, będzie mógł sam
nadzorować długość impulsów i w razie odstępstw od założonych wartości
automatycznie dokona odpowiednich kalibracji.
Ciekawe wyzwania stawiała miniaturyzacja triplera, układu do
generowania tzw. wyższych harmonicznych. Układy tego typu stosuje się
wtedy, gdy trzeba zmniejszyć długość fali impulsów świetlnych do
zakresu, którego nie można wytworzyć bezpośrednio w akcji laserowej.
Przykładem są ultrakrótkie impulsy ultrafioletowe, szczególnie przydatne
w obróbce materiałów. Jednak lasery, które bezpośrednio generowałyby
światło ultrafioletowe, po prostu nie istnieją.
Fizycy z IFD FUW pracowali nad przyrządem skracającym długość fali
impulsów laserowych z ok. 1000 nanometrów do „ultrafioletowych” 370
nanometrów. W tym celu impuls z lasera należało najpierw przepuścić przez kryształ
nieliniowy odpowiedniego typu, dwukrotnie skracający długość fali – a
więc generujący drugą harmoniczną w zielonym obszarze widma. Aby
powstała trzecia harmoniczna, oba impulsy – podczerwony i zielony –
należało następnie zmieszać w innym krysztale. Zastanawiano się, jak to
zrobić, skoro impulsy podstawowy i drugiej harmonicznej rozchodzą się w
innych kierunkach i z inną prędkością. Zaawansowane symulacje
komputerowe pozwoliły opracować zestaw („kanapkę”) trzech kryształów,
które po umieszczeniu między kryształami generującymi harmoniczne
zapewniały nakładanie się obu impulsów w przestrzeni i czasie.
Ostatecznie zespół pięciu kryształowych płytek udało się zredukować do
sześciennej kostki o boku zaledwie 5 mm. Dodatkowym zyskiem był wzrost
sprawności urządzenia o połowę w stosunku do podobnych urządzeń
stosowanych obecnie.
Oprócz Wydziału Fizyki UW stronę naukową w projekcie MINIMODS
reprezentował szkocki ośrodek Fraunhofer Center for Applied Photonics.
Zminiaturyzowano tu dwa inne dotychczas zewnętrzne układy optyczne do
diagnostyki laserów femtosekundowych: spektrometr i przyrząd do pomiaru
jakości wiązki laserowej.
Projekt MINIMODS (MINIaturised MODuleS, czyli Zminiaturyzowane Moduły)
jest częścią pakietu „Badania dla Małych i Średnich Przedsiębiorstw” 7.
Programu Ramowego Unii Europejskiej, stymulującego instytucje naukowe do
realizowania prac badawczych na zlecenie przedsiębiorstw Unii
Europejskiej. Stronę przemysłową w MINIMODS tworzą cztery firmy: szkocka
M Squared Lasers (koordynator projektu), niemiecka LASEROPTIK,
szwajcarska Time-Badwidth Products (obecnie JDSU Ultrafast Lasers) oraz
hiszpańska Radiantis Light. Firmy te są producentami laserów. Jest więc
realna szansa, że rozwiązania wypracowane w FUW znajdą zastosowanie.
Źródło: naukawpolsce.pap.pl
Komentarze
Prześlij komentarz