„Problem 10%”, który zespół MINIMODS postanowił w 2013 r. przezwyciężyć, sprawiał kłopoty już od jakiegoś czasu. Do tej pory ocena zakresów widmowych niektórych laserów – zwłaszcza pasma ultrafioletowego (UV) o długości fali około 300 nm – nie była żadną miarą prostym zadaniem: impulsy UV musiały być wytwarzane za pomocą przetworników częstości opartych na modelach propagacji światła lub prostych symulacjach numerycznych. Proces umożliwił przekształcenie impulsów bliskiej podczerwieni w impulsy UV poprzez sumowanie energii fotonów wejściowych.
Najważniejszym mankamentem tego podejścia jest stagnacja wydajności przetwarzania na poziomie 10%. „Przypominało to trochę sytuację, w której przychodzimy do laboratorium, pokręcimy trochę przy naszym układzie to tu, to tam, próbując uzyskać jak największą energię impulsu UV na wyjściu” – przypomina sobie dr Michał Nejbauer z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego. „Okazuje się, że 10% to mniej więcej najlepszy wynik, jaki można w ten sposób uzyskać”.
Rozwiązaniem stał się tripler
Rozwiązanie MINIMODS w postaci triplera ma nie tylko trzykrotnie wyższą wydajność, ale także mieści się na koniuszku palca. Wykorzystuje „kanapkę” nieliniowych i dwójłomnych kryształów do przetwarzania 190 impulsów femtosekundowych w światło o długości 1040 nm z lasera iterbowego w ultrafiolet. Mieści się bezpośrednio w głowicy lasera, może być hermetycznie zamknięty i jest wyposażony w pakiet do symulacji na licencji open source o nazwie Hussar.
„Hussar pozwala nawet początkującemu użytkownikowi budować złożone, trójwymiarowe symulacje propagacji impulsów laserowych i integracji z podstawowych ‘klocków’: parametrów impulsów wejściowych, właściwości ośrodka, w którym się one rozchodzą i zachodzących procesów” – wyjaśnia Tomasz Kardaś, który opracował to oprogramowanie.
„Po zadaniu parametrów wejściowych, takich jak energia, czas trwania i przestrzenny profil wiązki, możemy zasadniczo zacząć poszukiwać optymalnej konfiguracji układu w szerokim zakresie parametrów: nieliniowej grubości kryształu, wielkości wiązki, położenia przewężenia wiązki itp. Ku naszemu zdumieniu, kiedy już znaleźliśmy optymalne parametry, zbudowaliśmy urządzenie i okazało się, że zmierzone na wyjściu impulsy UV są dokładnie takie, jak w symulacji. Taka ilościowa zgodność wyników symulacji z eksperymentem w optyce nieliniowej nie zdarza się zbyt często”.
Dalsze prace rozwojowe
Tripler zostanie wbudowany w linię laserów o ultrakrótkich impulsach. Zespół pracuje jednocześnie nad doskonaleniem oprogramowania, aby nadawało się do większej liczby zastosowań optycznych. Jest ono ogólnodostępne do użytku niekomercyjnego oraz odpłatnie dla przedsiębiorstw, które chcą go używać jako produkt.
„Jestem przekonany, że nowa generacja oprogramowania do trójwymiarowej symulacji propagacji impulsów może tak naprawdę stać się dużym krokiem naprzód w projektowaniu wielu urządzeń wytwarzających nieliniową szerokopasmową propagację impulsów, na przykład we wzmacniaczach parametrycznych” – stwierdził Piotr Wasylczyk, naczelny autor artykułu opublikowanego w czasopiśmie »Nature«. „Odnoszę wrażenie, że większość ludzi stosuje uproszczone modelowanie, które pozwala dotrzeć tylko do tego punktu”.
Więcej informacji:
witryna projektu
poleca:
