Šiuolaikiniai moksliniai tyrimai VU Lazerinių tyrimų centre Spausdinti El. paštas
opo9603a.jpgVU Lazerinių tyrimų centras (LTC), įkurtas 1982 m., kartu su dar 1974-aisiais įsteigta Kvantinės elektronikos katedra (KEK), kuriai jis ir priklauso, laikomas didžiausiu lazerių tyrimų mokslo centru Lietuvoje. Šioje įstaigoje daugiausia atliekami kvantinės elektronikos, lazerių fizikos, netiesinės optikos, lazerinės spektroskopijos, biofotonikos ir lazerių inžinerijos tyrimai. Centre veikia bendros su lazerinių technologijų įmonėmis laboratorijos – tokiu būdu siekiama užtikrinti tiesioginį mokslininkų ir verslininkų bendravimą. Lazerinių tyrimų centras priklauso „Laserlab-Europe“ konsorciumui. Jame paruošti specialistai ir jų atliekami fundamentiniai ir taikomieji tyrimai yra gerai žinomi pasaulyje.

VU LTC mokslininkų indėlis kuriant bei plėtojant daugiaspalvių lazerių principus bei technologijas yra labai svarus, o nemažai atliktų darbų yra pelnę pasaulinį pripažinimą. VU LTC mokslininkų darbai turi neginčijamą prioritetą realizuojant parametrines sąveikas kvadratinio netiesiškumo terpėse ir kuriant plačiai derinamus koherentinius šviesos šaltinius. Naudojantis daugiaspalvių ultrasparčiųjų lazerių kūrimo rezultatais, jau daugiau kaip 30 metų VU LTC tiriami pirminiai fotoindukuoti vyksmai molekulėse, agregatuose, nanodariniuose ir kietuose kūnuose.

Dar 1992 m. VU LTC mokslininkai pasiūlė naują šviesos impulsų stiprinimo metodiką, kuri tapo plačiai pripažinta kaip viena patraukliausių alternatyvų kuriant naujos kartos femtosekundines itin didelės galios lazerines sistemas stiprių laukų fizikos tyrimams. Šio metodo pagrindu kuriamos ar atnaujinamos itin trumpų ir ypač galingų šviesos impulsų lazerinės sistemos pasaulio itin galingų lazerių centruose, o mažesnės galios sistemos, sukurtos naudojant minėtą metodą, sėkmingai konkuruoja su šiuo metu įprastomis Ti:safyro lazerių sistemomis, generuojant keleto optinių ciklų šviesos impulsus.

VU LTC mokslininkai pasiūlė sąveikaujančių šviesos impulsų grupinių greičių derinimo metodą, kuris tapo pagrindu sukuriant nekolinearius parametrinius šviesos stiprintuvus (angl. NOPA) – daugiaspalvius lazerius, generuojančius pačius trumpiausius derinamo bangos ilgio šviesos impulsus.

Pasaulyje sparčiai besivystant moksliniams tyrimams, VU LTC kuriamas modernus kompleksas „Naglis“, kuris būtų naudojamas naujų perspektyvių mokslinių sričių plėtojimui ir naujų lazerinių technologijų kūrimui, tarptautinės prieigos teikimui. Juo galėtų naudotis ne tik mokslo, bet ir Lietuvos verslo organizacijos.

Šis kompleksas kuriamas ES struktūrinių fondų pagal Ekonomikos augimo veiksmų programos priemonę „Bendrosios mokslo ir studijų infrastruktūros stiprinimas“ (VP2-1.1-ŠMM-04-V) finansuojamo projekto „Tarptautinės prieigos lazerinio komplekso ,,Naglis“ sukūrimas“ lėšomis. Šiuo projektu užtikrinama lazerių ir šviesos technologijų mokslinių tyrimų, studijų ir technologinė plėtra, o pats mokslinis kompleksas yra vieno iš integruoto mokslo, studijų ir verslo centro (slėnio) „Saulėtekis“ sudedamoji dalis.

Įgyvendintas projektas sustiprins Lietuvos pozicijas ES mokslinių tyrimų infrastruktūros tinkluose ir tarptautinėse MTEP programose („Laserlab-Europe“ arba „ELI – Extreme Light Infrastructure“), kurių koncepcija yra sukurti mokslinį kompleksą, kuriame Europos bei pasaulio mokslininkams ir pramonės atstovams bus sudaryta prieiga prie unikalios galios lazerinės spinduliuotės bei įvairių antrinių šaltinių, kurių dėka bus galima atlikti naujoviškus stiprių laukų fizikos ir kosmologijos tyrimus.

Tai bus nacionalinės ir tarptautinės prieigos laboratorija, kurioje dirbs VU ir kitų suinteresuotų Lietuvos institucijų mokslininkai ir studentai bei atvykstantieji užsienio tyrėjai. Veikla apims fundamentinius bei taikomuosius mokslinius tyrimus, studentų rengimą, Lietuvos įmonėms leis išbandyti pažangias lazerines technologijas savo produktų kūrimui. Tikimasi, kad kartu su Lietuvos lazerinio sektoriaus įmonėmis bus atliekama mokslinių darbų, kurių rezultatas – ypatingų parametrų lazerinių sistemų prototipai, kuriuos būtų galima išvystyti iki komercinių gaminių.

Apie 800 m2 kompleksas „Naglis“ bus įrengtas pastačius VU LTC pastato, esančio Saulėtekio al. 10, Vilniuje, antstatą (žr. 1 pav.). Čia numatoma įrengti keturias modernias mokslines laboratorijas (parametrinių reiškinių tyrimų, didelio intensyvumo optikos tyrimų, lazerinės nanofotonikos ir metrologijos eksperimentų) bei darbo vietas komplekso darbuotojams, atvykstantiems tyrėjams ir studentams.

Komplekse numatytos dvi skirtingiems tyrimams reikalingos unikalios femtosekundinės lazerinės sistemos. Hibridinė Yb ir Nd:IAG lazerinių terpių pagrindu sukurta labai didelės energijos bei itin mažos impulsų trukmės sistema, kurios veikimas paremtas VU LTC mokslininkų sukurta ir išplėtota moduliuotosios fazės impulsų parametrinio šviesos stiprinimo metodika (žr. 2, 3 pav.) ir kelių šimtų gigavatų (GW) smailinės galios impulsus generuojanti didelės vidutinės galios Ti:safyro femtosekundinė sistema.

„Naglio“ komplekse planuojami moksliniai tyrimai

Įgyvendinus šį projektą, bus sukurtas šiuolaikinis lazerinis kompleksas, kuris teiks modernios mokslo infrastruktūros paslaugas nacionaliniams ir europiniams projektams vykdyti ir ruoš kvalifikuotus specialistus. Komplekse įrengtos didelės energijos bei didelio pasikartojimo dažnio femtosekundinės lazerinės sistemos bei matavimo aparatūra leis vykdyti naujus MTEP darbus bei tęsti ir plėtoti tęstinius tyrimus, bet jau kokybiškai aukštesniame lygyje. Planuojama plėtoti šias mokslines kryptis.

Rentgeno generavimas ir atosekundinė fizika. Atosekundinės trukmės impulsai, kurie šiuo metu yra patys trumpiausi elektromagnetinių bangų paketai, gali būti generuojami didelės energijos ir labai mažos trukmės lazerių impulsams sąveikaujant su inertinių dujų atomais. Šis aukštesnių eilių harmonikų generacijos rentgeno srityje procesas taip pat galimas ir plazmos-vakuumo sandūroje. Kad būtų generuojami pavieniai atosekundinės trukmės impulsai, o ne jų seka, lazerinių impulsų trukmė turi neviršyti kelių optinių ciklų, jų elektrinio lauko fazė turi būti nekintanti impulso gaubtinės atžvilgiu, o energija impulse 1 mJ ir daugiau, kad giliojo ultravioleto srityje generuojamų fotonų skaičius būtų pakankamai didelis jų charakterizavimui ir tolesniam taikymui. Su naujomis lazerinėmis sistemomis tikimasi sėmingai įžengti į šią šiuolaikinę lazerinės fizikos tyrimų sritį.

3pav.jpg






























Didelės energijos lazerinės sistemos prototipo modulis


Terahercinės spinduliuotės generacija dujose. Numatoma lazerinės sistemos galia bus pakankama efektyviai terahercų (THz) dažnio elektromagnetinės spinduliuotės generacijai dujose. Tai leistų atlikti tyrimus su įvairesniais dujų mišiniais, iki keliasdešimties kartų padidinti generuojamos THz spinduliuotės galią bei kelis kartus išplėsti jos spektrą, o tai THz dažnių ruože leistų efektyviai vykdyti spektroskopinius matavimus bei atlikti unikalius netiesinės optikos eksperimentus. Didesnės galios THz spinduliuotės generacijos galimybė taip pat išspręstų ir daugelį gaunamos spinduliuotės registravimo bei charakterizavimo problemų, nes tam būtų galima panaudoti standartinius mikrobolometrus bei piroelektrines kameras. Be to, didesnės galios femtosekundinių impulsų šaltinis leistų atlikti ir THz dažnio spinduliuotės generavimo eksperimentus, tam naudojant didelės galios derinamo dažnio žadinimo impulsus.

Ultrasparčioji spektroskopija. Didelės energijos lazerinė sistema ir ją palaikanti infrastruktūra leis išplėsti dabar pasiekiamą spektroskopinių matavimų spektrinį diapazoną į giliąją ultravioletinę bei vidutinę infraraudonąją sritį panaudojant šia sistema kaupinamus parametrinius šviesos generatorius. Ultravioletinė sritis svarbi dėl to, kad čia sugerties juostas turi biologinės molekulės (DNR, baltymai, kt.), o infraraudonosios srities spektroskopija leidžia tirti molekulinius virpesių šuolius, kurių dažniai itin jautrūs erdvinei molekulių struktūrai. Todėl, pasiekus infraraudonąją sritį, ultrasparčiuosiuose tyrimuose gaunama ne tik itin tiksli laikinė, bet ir erdvinė informacija apie molekulėse vykstančius procesus. Be to, didesnės energijos lazerio impulsai leidžia atlikti lygiagrečiuosius matavimus ir vienu lazerio impulsu registruoti tiek duomenų, kiek iki šiol reikėdavo matuoti valandas trunkančiuose eksperimentuose. Toks duomenų registravimo greitis sukurs ne tik kiekybinį, bet ir kokybinį šuolį tiriant vyksmus fiziko-cheminėse bei biologinėse sistemose bei kristalinėse nanostruktūrose.

Lazerinė nanofotonika. Didelių energijų lazerinės sistemos taikymas nanometrinės erdvinės skyros reikalaujančių darinių formavimui iš esmės išplės technologines formavimo galimybes. Galinga lazerinė sistema leis formuoti didelių skersinių matmenų trimačius periodinius nanodarinius panaudojant holografinį formavimo principą daugeliu tarpusavyje interferuojančių pluoštų vienetiniais lazerio impulsais. Kombinuojant holografinį periodinių darinių formavimo būdą su nuosekliuoju tiesioginiu formavimu, technologijos galimybės bus ženkliai išvystytos ir leis formuoti pakankamai našius, visiškai naujus darinius, taikomus mikrooptikoje, mikromechanikoje, fotonikoje ir biomedicinoje. Naujas galimybes taip pat suteiks bangos ilgio derinimo srities praplėtimas į ultravioletinį ir infraraudonąjį ruožus. Numatoma, kad derinamo bangos ilgio spinduliuotės taikymas leis žymiai pagerinti formavimo technologijų erdvinę skyrą ir tuo atvers kelius naujiems nanodarinių taikymams.

Optinių elementų pažeidimų tyrimai. Didesnės energijos bei mažesnės trukmės femtosekundinių lazerio impulsų panaudojimas kartu su didelės energijos optiniais parametriniais generatoriais leis atlikti optinio atsparumo matavimus labai plačioje spektrinėje srityje, o tai kartu atvers naujas fundamentinių bei taikomųjų tyrimų galimybes. Didesnės galios derinamo bangos ilgio spinduliuotė išspręstų ir daugelį gaunamos spinduliuotės registravimo bei charakterizavimo problemų, nes tam būtų galima panaudoti standartinius sklaidos bei spinduliuotės registravimo metodikas, reikalingas optiniam pažeidimui atpažinti.

Parametriniai reiškiniai. Didelės energijos lazerinė sistema leistų vystyti moduliuotosios fazės impulsų parametrinio stiprinimo tyrimus. Tai yra bene perspektyviausia metodika siekiant generuoti itin trumpus lazerinius impulsus (trumpesnius kaip 15 fs), kuri pasižymi dar ir tuo, kad tokius impulsus galima gauti skirtingose spektrinėse srityse, parenkant skirtingus netiesinius kristalus, kuriuose galima efektyvi parametrinė sąveika. Didelės galios moduliuotosios fazės impulsai jau gali būti parametriškai sustiprinti ir taikomi intensyvioms koherentinės spinduliuotės ir medžiagos sąveikoms tirti.

Dr. Rytis Butkus
Projekto „Naglis“ vadovas

logo_erpf.jpg
 
< Atgal   Pirmyn >