Opracowane przez fizyków z UW urządzenie do generacji nowych barw impulsów laserowych jest trzy razy wydajniejsze i tysiąc razy mniejsze niż urządzenia dotychczas używane.
Fizycy z Uniwersytetu Warszawskiego opublikowali w piśmie „Scientific Reports” wyniki prac nad miniaturowym urządzeniem do wytwarzania femtosekundowych impulsów laserowych w zakresie ultrafioletu.
Choć nowe technologie pozwalają uzyskiwać światło laserowe w coraz większym zakresie barw, niektóre obszary widma są wciąż trudno dostępne. Dotyczy to na przykład ultrafioletu (UV) o długości fali w okolicach 300 nm.
Dostępność coraz większych mocy obliczeniowych w połączeniu ze sprytnymi sztuczkami w programowaniu pozwoliła fizykom z Warszawy po raz pierwszy na świecie wykonać obliczenia globalne, w których symulowali oddziaływanie impulsów laserowych.
– Nasz pakiet do symulacji – nazwany Hussar – pozwala nawet początkującemu użytkownikowi budować złożone, trójwymiarowe symulacje propagacji impulsów laserowych z podstawowych „klocków”: parametrów impulsów wejściowych, właściwości ośrodka, w którym się one rozchodzą, profilu wiązki laserowej – wyjaśnia Tomasz Kardaś, który stworzył unikatowe, dostępne dla każdego (open-source) oprogramowanie. – Po zadaniu parametrów wejściowych, możemy poszukiwać optymalnej konfiguracji układu, która pozwoli uzyskać najwyższą sprawność przetwarzania impulsów. Ku naszemu zdumieniu, kiedy już znaleźliśmy optymalne parametry, zbudowaliśmy pierwszy prototyp naszego triplera – tak nazywamy urządzenie do generowania potrojonej częstości światła – okazało się, że zmierzone na wyjściu impulsy są dokładnie takie, jak wyliczyliśmy.
Ale zwiększenie wydajności wytwarzania impulsów UV z 10 do ponad 30% było tylko pierwszym krokiem. Badacze z UW postawili sobie jeszcze jeden cel: zminiaturyzować całe urządzenie. Zamiast wielu elementów rozstawionych na stole w laboratorium, udało im się całość zamknąć w kostce-kanapce z kryształów o boku 5 mm.
– Tak naprawdę metalowy uchwyt wielkości dużej monety, w którym są zamocowane kryształy, jest największym elementem naszego urządzenia – wyjaśnia Paweł Wnuk, który kierował pracami przy pomiarach parametrów pierwszego prototypu. Objętość całego urządzenia jest tysiąc razy mniejsza w porównaniu z konstrukcjami, których dotychczas używano – mieści się na czubku palca.
Miniaturowy układ do przetwarzania częstości powstał w ramach projektu MINIMODS, koordynowanego przez firmę M Squared Lasers z Glasgow. Pozostałymi partnerami konsorcjum były firmy: Laseroptik z Niemiec, Radiant Light z Hiszpanii oraz Time-Bandwidth Products (obecnie Lumentum) ze Szwajcarii. Partnerem naukowym, oprócz Wydziału Fizyki UW, było Fraunhofer Centre for Applied Photonics z Wielkiej Brytanii. Projekt otrzymał finansowanie z 7. programu ramowego Unii Europejskiej w ramach pakietu „Research for SMEs”, który wspierał badania naukowe prowadzone na zlecenie firm działających w obszarze zaawansowanych technologii.
Więcej informacji o odkryciuArtykuł “Full 3D modeling of pulse propagation enables efficient nonlinear frequency conversion with low energy laser pulses in a single-element tripler” w piśmie “Scientific Reports” z 22 lutego 2017 r., autorzy: Tomasz M. Kardaś, Michał Nejbauer, Paweł Wnuk, Bojan Resan, Czesław Radzewicz and Piotr Wasylczyk
Film pokazujący trójwymiarowe wyniki symulacji propagacji impulsów laserowych
