Femtosekundowy laser dla przemysłu

Na Uniwersytecie Warszawskim powstał laser wytwarzający ultrakrótkie impulsy światła nawet w ekstremalnie trudnych warunkach środowiskowych. Urządzenie jest nie tylko precyzyjne i odporne, ale i tanie. Przydać się może np. w mikroobróbce powierzchni czy w znakowaniu obiektów.

Wygląda niepozornie: to płaskie prostopadłościenne pudełko długości kilkunastu centymetrów i podobnej szerokości, z wyprowadzoną cieniutką, zwiniętą w zwoje „nitką” ze świecącym końcem. Ten niewielki przyrząd, zbudowany przez fizyków Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego (FUW), to pierwszy tego typu laser impulsowy zdolny do generowania femtosekundowych impulsów świetlnych w ekstremalnie trudnych warunkach środowiskowych. Znaczną odporność na czynniki zewnętrzne otrzymano wymuszając zachodzenie całej akcji laserowej bezpośrednio w samym światłowodzie. W efekcie urządzenie ma konstrukcję najprostszą z możliwych – a zatem i niezawodną. O badaniach poinformował FUW w przesłanym PAP komunikacie.

Impulsy femtosekundowe trwają milionowe części jednej miliardowej sekundy. Zwykłe lasery służące do generowania takich impulsów wymagają precyzyjnego i wrażliwego na warunki zewnętrzne układu zwierciadeł – rezonatora optycznego. W przyrządzie skonstruowanym na FUW zamiast zwierciadeł są używane światłowody.

Z uwagi na zdolność do stabilnej pracy w skrajnie trudnych warunkach, światłowodowy laser femtosekundowy z Instytutu Fizyki Doświadczalnej FUW znakomicie nadaje się do zastosowań przemysłowych, np. do mikroobróbki powierzchni. Ultrakrótki czas trwania impulsów femtosekundowych pozwala m.in. wytwarzać mikrootwory o precyzyjnie wyprofilowanych, gładkich krawędziach. Inne potencjalne zastosowanie to nacinanie półprzewodnikowych paneli słonecznych czy znakowanie materiałów, w tym tak twardych i cennych jak diamenty. Lasery femtosekundowe mają tu istotną przewagę nad przyrządami generującymi impulsy dłuższe: naprężenia termiczne powstające w materiale są niewielkie, co minimalizuje ryzyko przebarwienia czy pęknięcia znakowanego obiektu.

Laser z FUW może być także istotnym elementem urządzeń generujących promieniowanie terahercowe, takich jak skanery na lotniskach, oraz wyrafinowanych przyrządów pomiarowych (np. w mikroskopii dwufotonowej) i medycznych (np. w optycznej tomografii koherencyjnej, służącej badaniu tkanek miękkich, w tym siatkówki oka).

„W naszym laserze ultrakrótkie impulsy powstają bezpośrednio w samym światłowodzie. To tak prosta konstrukcja, że tu nie ma co się psuć” - mówi dr hab. Yuriy Stepanenko z FUW oraz Instytutu Chemii Fizycznej PAN. I nie ukrywa, że jego zespół obchodził się z nowym laserem w sposób daleko odbiegający od tego, co zwykle zalecają instrukcje obsługi wyrafinowanego sprzętu optycznego. „Włączyliśmy laser, po czym fragment światłowodu podgrzaliśmy do ponad 120 stopni Celsjusza. Laser działał. Włożyliśmy go też do wytrząsarki, gdzie przyspieszenia przekraczały 7 g. Działał przed, działał po, a co najciekawsze, działał także w trakcie testów” - relacjonuje badacz.

„Światłowody jako źródła promieniowania laserowego, w tym impulsowego, są znane od lat. My poszliśmy krok dalej: dobraliśmy odpowiednią kombinację pompującej diody laserowej i typu światłowodu oraz opracowaliśmy sposób na takie wystabilizowanie całego układu, aby energetycznie było mu najkorzystniej pracować w pożądanym przez nas trybie impulsowym” - wyjaśnia doktorant Jan Szczepanek z FUW.

Sam światłowód jest giętki, łatwo więc doprowadzić impulsy w miejsca niedostępne dla tradycyjnych technik laserowych. Laser „na makaronie” – jak żartobliwie nazywają go konstruktorzy – ma jeszcze jedną istotną zaletę: prostota konstrukcji powoduje, że może być przyrządem relatywnie tanim.

Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl