Κατασκευή λέιζερ femtosecond με γυαλί

Είναι δυνατή η κατασκευή ενός λέιζερ φεμτοδευτερολέπτου από όλο το γυαλί; Αυτή είναι η τρύπα του κουνελιού στην οποία έπεσε ο Yves Bellouard, διευθυντής του Εργαστηρίου Galatea του EPFL, μετά από χρόνια που ξόδεψε ώρες (και ώρες) ευθυγραμμίζοντας λέιζερ femtosecond για εργαστηριακά πειράματα.

Το εργαστήριο Galatea βρίσκεται στο σταυροδρόμι της οπτικής, της μηχανικής και της επιστήμης των υλικών και τα λέιζερ femtosecond αποτελούν κρίσιμο στοιχείο της δουλειάς του Bellouard. Τα λέιζερ Femtosecond παράγουν εξαιρετικά σύντομες και τακτικές εκρήξεις φωτός λέιζερ και έχουν πολλές εφαρμογές, όπως χειρουργική επέμβαση ματιών με λέιζερ, μη γραμμική μικροσκοπία, φασματοσκοπία, επεξεργασία υλικών λέιζερ και πρόσφατα, βιώσιμη αποθήκευση δεδομένων.

Τα εμπορικά λέιζερ femtosecond κατασκευάζονται τοποθετώντας οπτικά εξαρτήματα και τα στηρίγματα τους σε ένα υπόστρωμα, συνήθως οπτικές πλάκες, το οποίο απαιτεί προσεκτική ευθυγράμμιση των οπτικών.

«Χρησιμοποιούμε λέιζερ femtosecond για την έρευνά μας στις μη γραμμικές ιδιότητες των υλικών και στο πώς μπορεί να τροποποιηθεί ο όγκος τους», εξηγεί ο Bellouard. “Η άσκηση σύνθετων και επίπονων οπτικών ευθυγραμμίσεων σας κάνει να ονειρεύεστε απλούστερους και πιο αξιόπιστους τρόπους ευθυγράμμισης σύνθετων οπτικών.”

Η λύση του Bellouard και της ομάδας του; Χρησιμοποιήστε ένα εμπορικό λέιζερ femtosecond για να φτιάξετε ένα λέιζερ femtosecond από γυαλί, όχι μεγαλύτερο από το μέγεθος μιας πιστωτικής κάρτας και με λιγότερα προβλήματα ευθυγράμμισης. Τα αποτελέσματα δημοσιεύονται στο περιοδικό. οπτική.

Πώς να φτιάξετε ένα λέιζερ femtosecond με γυαλί

Για να φτιάξουν ένα λέιζερ femtosecond χρησιμοποιώντας ένα γυάλινο υπόστρωμα, οι επιστήμονες ξεκινούν με ένα φύλλο γυαλιού. «Θέλουμε να κάνουμε σταθερά λέιζερ, γι’ αυτό χρησιμοποιούμε γυαλί επειδή έχει χαμηλότερη θερμική διαστολή από τα συμβατικά υποστρώματα, είναι ένα σταθερό και διαφανές υλικό για το φως λέιζερ που χρησιμοποιούμε», εξηγεί ο Bellouard.

Χρησιμοποιώντας ένα εμπορικό λέιζερ femtosecond, οι επιστήμονες χαράσσουν ειδικές αυλακώσεις στο γυαλί που επιτρέπουν την ακριβή τοποθέτηση των βασικών συστατικών του λέιζερ τους. Ακόμη και στην κατασκευή ακριβείας σε επίπεδο micron, οι υποδοχές και τα εξαρτήματα δεν είναι αρκετά ακριβή από μόνα τους για να επιτύχουν ευθυγράμμιση ποιότητας λέιζερ. Με άλλα λόγια, οι καθρέφτες δεν είναι ακόμη τέλεια ευθυγραμμισμένοι, επομένως σε αυτό το στάδιο η γυάλινη συσκευή σας δεν λειτουργεί ακόμη ως λέιζερ.

Οι επιστήμονες γνωρίζουν επίσης από προηγούμενη έρευνα ότι μπορούν να προκαλέσουν τοπικά διαστολή ή συρρίκνωση του γυαλιού. Γιατί να μην χρησιμοποιήσετε αυτήν την τεχνική για να ρυθμίσετε την ευθυγράμμιση των καθρεπτών;

Επομένως, η αρχική χάραξη έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε ένας καθρέφτης να κάθεται σε μια αυλάκωση με μικρομηχανικές κάμψεις σχεδιασμένες να ανακινούν τοπικά τον καθρέφτη όταν εκτίθεται σε φως λέιζερ femtosecond. Με αυτόν τον τρόπο, το εμπορικό λέιζερ femtosecond χρησιμοποιείται για δεύτερη φορά, αυτή τη φορά για την ευθυγράμμιση των καθρεπτών και τελικά τη δημιουργία ενός σταθερού, μικρής κλίμακας λέιζερ femtosecond.

«Αυτή η προσέγγιση για τη μόνιμη ευθυγράμμιση οπτικών στοιχείων σε ελεύθερο χώρο χάρη στην αλληλεπίδραση λέιζερ-ύλης μπορεί να επεκταθεί σε μια μεγάλη ποικιλία οπτικών κυκλωμάτων, με ακραίες αναλύσεις ευθυγράμμισης, έως και υπονανόμετρα», λέει ο Bellouard.

Εφαρμογές και άλλα

Τα συνεχιζόμενα ερευνητικά προγράμματα στο Εργαστήριο Galatea θα διερευνήσουν τη χρήση αυτής της τεχνολογίας στο πλαίσιο της συναρμολόγησης κβαντικών οπτικών συστημάτων, ωθώντας το όριο της σμίκρυνσης και της ακρίβειας ευθυγράμμισης που είναι εφικτό επί του παρόντος.

Η διαδικασία ευθυγράμμισης εξακολουθεί να επιβλέπεται από έναν άνθρωπο χειριστή και, με εξάσκηση, μπορεί να χρειαστούν μερικές ώρες για να ολοκληρωθεί. Παρά το μικρό του μέγεθος, το λέιζερ είναι ικανό να φτάσει περίπου το ένα κιλοβάτ μέγιστης ισχύος και να εκπέμπει παλμούς μικρότερους από 200 femtoseconds, μόλις αρκετός χρόνος για να περάσει το φως μέσα από μια ανθρώπινη τρίχα.

Αυτή η νέα τεχνολογία λέιζερ femtosecond θα αναπτυχθεί από την Cassio-P, μια εταιρεία με επικεφαλής τον Antoine Delgoffe στο Galatea Lab, ο οποίος εντάχθηκε στο έργο σε ένα αποφασιστικό στάδιο με αποστολή να ολοκληρώσει την απόδειξη της ιδέας στο μέλλον. εμπορική συσκευή.

“Ένα αυτοαναπαραγόμενο λέιζερ femtosecond, φτάνουμε ίσως στο σημείο να αυτοκλωνοποιούμε κατασκευασμένες συσκευές;” καταλήγει ο Bellouard.