Technologia laserowa zwiększa możliwości optyki nieliniowej
Technologie laserowe stały się częścią codziennego życia i mają wiele naukowych i komercyjnych zastosowań w takich dziedzinach jak fizyka, chemia, inżynieria, medycyna i przetwarzanie informacji. Poszerzanie ich zastosowań wymaga stałego rozszerzania dostępnych zakresów działania lasera. Zagadnienia dotyczące nieliniowych procesów optycznych dostarczają wszystkich środków niezbędnych do osiągnięcia tego celu. Jednak nieliniowe układy optyczne zazwyczaj charakteryzują się ograniczoną sprawnością. Thomas Halfmann, koordynator finansowanego ze środków UE projektu HICONO oraz profesor fizyki na Politechnice w Darmstadt, objaśnia dokonania zespołu: „Stworzyliśmy podstawy teoretyczne i zebraliśmy dowody doświadczalne dotyczące nowych mechanizmów kontroli atomów i cząsteczek przez mocne lasery”.
Poza granicami najnowocześniejszej fizyki ultraszybkich laserów i optyki nieliniowej
Zespół projektu HICONO opracował nowe technologie optyczne do generowania i pomiaru superszybkich impulsów świetlnych w skali femtosekund (jednej biliardowej części sekundy) i jeszcze mniejszych. W ramach projektu opracowano również nowe techniki mikroskopii laserowej oraz wdrożono komercyjne narzędzia do precyzyjnych pomiarów odległości. „Wprowadziliśmy i zastosowaliśmy nowe mechanizmy interakcji intensywnego światła z materią, aby uzyskać jasne źródła światła o nowych długościach fal bliższych skrajnego ultrafioletu”, wyjaśnia Halfmann. „To pozwala na monitorowanie superszybkich procesów w mikroskopijnych skalach”. Badacze skupili się na monitorowaniu mikroskopijnych procesów fizycznych i chemicznych z niespotykaną dotąd rozdzielczością czasową – w skali attosekund (trylionowych części sekundy). „Dało to wgląd w procesy, które dotąd nie zostały dobrze zbadane, ponieważ nie były dostępne żadne techniki o dużej rozdzielczości przestrzennej w tak małym przedziale czasowym”, mówi Halfmann. Ponadto naukowcy szukali nowych sposobów na poprawę jasności laserów przy bardzo krótkich długościach fal, znacznie poniżej długości fal ultrafioletowych. Tak krótkie długości fal są istotne w litografii laserowej, a w konsekwencji w produkcji ultramałych struktur, takich jak te na mikrochipach elektronicznych.
Technologie umożliwiające pomiar i analizę złożonych pól świetlnych
Zespół HICONO opracował również narzędzia techniczne mające potencjał komercyjny, które umożliwiają pomiar dowolnie złożonych, ultraszybkich impulsów światła lub pomiary odległości z dokładnością do jednego nanometra (jednej miliardowej części metra). „Możliwość wykonania bardzo dokładnych pomiarów ma istotne znaczenie w przemyśle optycznym, który jest powiązany z takimi dziedzinami jak fizyka, chemia, medycyna i inżynieria, ponieważ umożliwi wytwarzanie elementów optycznych najwyższej jakości”, tłumaczy uczony. Działania badaczy projektu HICONO doprowadziły do powstania dwóch komercyjnych produktów do analizy ultraszybkich impulsów laserowych w średniej podczerwieni i do ultraprecyzyjnych pomiarów odległości. „Rozwój nowych technik pomiaru ultraszybkich procesów pozwoli naukowcom na zbadanie układów i dynamik, które do tej pory były poza naszym zasięgiem”, dodaje Halfmann. „Mamy nadzieję na uzyskanie nowych informacji na temat złożonych procesów chemicznych i biochemicznych, które w dłuższej perspektywie mogą przyczynić się do nowych osiągnięć w medycynie, naukach biologicznych lub farmakologii”. Projekt przyczynił się również do rozwoju w dziedzinie technologii fotonicznych poprzez przeszkolenie 10 naukowców na wczesnym etapie kariery, posiadających odpowiednie umiejętności pozwalających na wykorzystanie koncepcji technologii laserowych o wysokiej intensywności, sterowania laserowego i nieliniowej optyki stosowanej. Badania przeprowadzono dzięki wsparciu otrzymanemu w ramach programu „Maria Skłodowska-Curie”.
Słowa kluczowe
HICONO, laser, optyka nieliniowa, długość fali, nieliniowe procesy optyczne, impulsy świetlne, technologie fotoniczne
