Tani femtosekundowy laser dla przemysłu

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