Vilniaus universiteto (VU) Fizikos fakulteto Lazerinių tyrimų centro (LTC) fizikai su tarptautine mokslininkų komanda sukūrė unikalų parametrinį šviesos generatorių – lazerinės spinduliuotės šaltinį. Novatoriškas fizikų tyrimas paskelbtas prestižiniame „APL Photonics“ žurnale.
Iš kairės: dr. Julius Vengelis, dr. Vygandas Jarutis, dokt. Jonas Banys. VU nuotr.
Šis prietaisas pradinę (kaupinimo) bangą netiesinėje terpėje paverčia dviem bangomis, kurių fotonų energija prilygsta pradinės spinduliuotės fotonų energijai ir jų dažnis gali būti derinamas. Mokslininkai džiaugiasi pasiekę itin didelį spektrinės lazerinės spinduliuotės grynumą, aukštą pluošto kokybę ir beveik idealią laikinę kokybę, ko, anot jų, nepavykdavo pasiekti anksčiau.
„Naujasis prietaisas, paremtas subnanosekundinės trukmės (300 ps – 1 ns) impulsus generuojančio mikrolazerio ir submikrometrinio (<1 µm) periodo periodiškai poliuoto netiesinio kristalo kombinacija, leido realizuoti unikalių parametrų itin aukštos spektrinės, erdvinės ir laikinės kokybės lazerinę spinduliuotę. Unikali šviesa ir pirmyn, ir atgal“, – paaiškina VU fizikai.
„Toks lazerinės spinduliuotės šaltinis gali būti naudojamas gana specifiškuose moksliniuose tyrimuose, pavyzdžiui kinetinėje spektroskopijoje žadinti ir tirti itin sparčius vyksmus molekulėse, kai reikalingas labai siauras spektro plotis ir pakanka subnanosekundinės impulsų trukmės stebėti molekulių atsakui“, – pasakojo tyrimo bendraautoris dr. Julius Vengelis.
Nors tokia impulsų trukmė nėra mažiausia, kurią gali generuoti lazeriai, jos pakanka stebėti daugeliui labai sparčių procesų. Pasak J. Vengelio, tokias laikines skales galime pamėginti įsivaizduoti: „Jeigu šviesa per sekundę apskrieja Žemę septynis su puse karto, tai per 500 pikosekundžių šviesa tenusklinda vos 15 cm popieriaus lapo ilgį. Tai labai trumpas momentas“.
„Pirmasis subnanosekundinės trukmės impulsais iš Nd:YAG mikrolazerio kaupinamas atgalinės bangos parametrinis šviesos generatorius (angl. backward wave optical parametric oscillator, BWOPO) sukurtas, panaudojant unikalų periodiškai poliuotą kalio titanil fosfato kristalą legiruotą rubidžio jonais (Rb:PPKTP), kurio gardelės periodas siekė vos 427 nanometrus“, – paaiškino dr. J. Vengelis.
„Džiaugiamės, kad kolegoms užsienyje pavyko pagaminti tokį unikalų kristalą, o mums, panaudojus savo patirtį netiesinėje optikoje, pavyko realizuoti šį prietaisą“ – apie tyrimą pasakoja VU fizikai.
Tyrimo autorių kolektyve dirbo LTC mokslininkai dokt. Jonas Banys, dr. Vygandas Jarutis ir dr. Julius Vengelis, kartu su užsienio lietuviais dr. Jonu Jakučiu Neto (Mokslo ir aviacijos technologijų departamentas, Brazilija), dr. Andriumi Žukausku bei prof. Valdu Pašiškevičiu (Karališkasis technologijų institutas, Švedija).
„Tyrimo metu charakterizuotas sukurtas derinamo dažnio lazerinės spinduliuotės šaltinis, pademonstruota kaip priešingos krypties sklidimo tribangės sąveikos taikymas įgalina tokiame prietaise realizuoti beveik idealiai spektriškai bei difrakciškai ribotą derinamo dažnio lazerinę spinduliuotę su 50% keitimo efektyvumu. Taip pat analizuoti tokio prietaiso unikalūs veikimo ypatumai išsigimusiame režime“, – pasakoja tyrimo autoriai. Kitaip tariant, mokslininkai matavo generuojamos šviesos spektrus, impulsų trukmę, įvertino pluošto kokybę ir kaip visi šie parametrai kinta keičiant bangos ilgį.
Anot fizikų, subnanosekundinių trukmių mikrolazerio spinduliuote kaupinami parametriniai šviesos generatoriai turi didelį potencialą. Tokie prietaisai yra kompaktiški, paprastos konstrukcijos ir konkurencingos kainos derinamo dažnio lazerinės spinduliuotės šaltiniai.
„Jie itin praverčia taikymuose, nereikalaujančiuose didelės laikinės skyros. Vietoje kelių skirtingo bangos ilgio subnanosekundinės trukmės spinduliuotę generuojančių lazerių galime naudoti tik šį parametrinį šviesos generatorių“, – pasakoja LTC kolegos. Jie ir toliau tęsia susijusiuosius mokslinius tyrimus bei tobulina šį lazerinės spinduliuotės šaltinį.
Tikimasi, kad tyrimas padės sukurti našesnius, aukštesnės išvadinės spinduliuotės kokybės bei derinamo dažnio lazerinės spinduliuotės šaltinius, naudojančius subnanosekundinių impulso trukmių mikrolazerius.
Tyrimas atliktas vykdant Lietuvos Respublikos švietimo, mokslo ir sporto ministerijos „Universitetų ekscelencijos iniciatyvos“ programą pagal sutartį su Lietuvos mokslo taryba (projekto Nr. S-A-UEI-23-6).