Nobelio premijų generatorius: lazeriui – 60 metų!

Lazerio – kaip unikalaus mokslinio prietaiso, sukėlusio mokslo perversmą – svarbą liudija Nobelio premijų gausa. Daugiau nei 10 Nobelio premijų fizikos ir chemijos srityse buvo skirtos už tyrimus, kurie be lazerių apskritai nebūtų buvę įmanomi. Pasinaudojus lazeriais buvo išrasta holografija, sukurti unikalūs atomų šaldymo metodai, spartūs optoelektroniniai prietaisai. Šiuolaikinis gyvenimas sunkiai įsivaizduojamas be optinio ryšio, o moksliniai tyrimai – be lazerinės spektroskopijos.

 Lazerio – kaip unikalaus mokslinio prietaiso, sukėlusio mokslo perversmą – svarbą liudija Nobelio premijų gausa.<br> 123rf nuotr.
 Lazerio – kaip unikalaus mokslinio prietaiso, sukėlusio mokslo perversmą – svarbą liudija Nobelio premijų gausa.<br> 123rf nuotr.
 Nobelio fizikos premijos laureatas prof. Ž. Muru ir akad. A. Piskarskas dalinasi įžvalgomis apie lazerių raidą.<br> N. Garejevo nuotr.
 Nobelio fizikos premijos laureatas prof. Ž. Muru ir akad. A. Piskarskas dalinasi įžvalgomis apie lazerių raidą.<br> N. Garejevo nuotr.
 Mokslinė diskusija VU LTC Ultratrumpųjų impulsų optikos laboratorijoje (iš kairės į dešinę): prof. A. Dubietis, dr. V. Jukna, prof. G. Mourou.<br> N. Garejevo nuotr.
 Mokslinė diskusija VU LTC Ultratrumpųjų impulsų optikos laboratorijoje (iš kairės į dešinę): prof. A. Dubietis, dr. V. Jukna, prof. G. Mourou.<br> N. Garejevo nuotr.
Daugiau nuotraukų (3)

Akad. Audrius Dubietis

Apr 17, 2020, 12:57 PM

Žodis „laser“ kilo iš angliško trumpinio, apibūdinančio lazerio veikimo principą: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (liet. šviesos stiprinimas pasitelkiant priverstinį spinduliavimą). Lazerio spinduliuotė sklinda pluošto ir impulso pavidalu, o visa šviesos energija yra labai koncentruota erdvėje ir laike, t. y. pasižymi labai dideliu koherentiškumu.

Tokių savybių neturi joks kitas dirbtinis, o juo labiau natūralus šviesos šaltinis. Priverstinio spinduliavimo reiškinį dar 1916 m. teoriškai numatė Albertas Einšteinas, tačiau prabėgo beveik pusė amžiaus, kol šis reiškinys buvo pritaikytas praktikoje. 1958 m. JAV mokslininkai Charlesas Hardas Townesas ir Arthuras Leonardas Schawlow suformulavo fizikinius lazerio veikimo principus – ir pasiūlė būdus įgyvendinti tai praktiškai. 1960 m. viduryje Theodore'as Harolasd Maimanas pademonstravo pirmąjį veikiantį rubino (natūraliai chromo jonais legiruoto safyro kristalo) lazerį.

Tuometinėje mokslo visuomenėje lazerio išradimas buvo sutiktas įvairiai. Netrūko skeptikų, lazerio išradimą pašaipiai pavadinusių ne konkrečios mokslinės problemos sprendimu, o atvirkščiai – sprendimu, sukūrusiu daugybę problemų. Vis dėlto tolesnė lazerių raida parodė, kad skeptikai smarkiai klydo.

Jau pačioje lazerių eros aušroje buvo sukurti įvairiausi kietojo kūno, dujų, puslaidininkių ir dažų lazeriai, spinduliuojantys regimojoje, ultravioletinėje ir infraraudonojoje spektro srityse. Lazeriai pradėti taikyti daugelyje mokslo ir pramonės sričių, medicinoje, karyboje ir t. t. Atsirado naujos tyrimų kryptys ir mokslo bei technologijų šakos: netiesinė optika, lazerinis medžiagų apdirbimas ir kt.

Remiantis „Web of Science“ duomenimis, vien tik 2019 m. žodis „laser“ buvo paminėtas beveik 46 000 mokslinių publikacijų. Prabėgus 60 metų nuo tada, kai išrastas lazeris, ši technologija kartu su tranzistoriumi ir kompiuteriu pagrįstai laikomas vienu svarbiausių mokslinių prietaisų, išrastų XX a. antroje pusėje.

Nauja era

2018 m. Nobelio premija fizikos srityje skirta Gerardui Mourou ir Donnai Theo Strickland už čirpuotų šviesos impulsų stiprinimo (angl. Chirped Pulse Amplification) metodo išradimą, prasidėjusį naują lazerių erą. Tai leido pasiekti iki tol neregėtą lazerio generuojamų šviesos impulsų galią, todėl dabar jis taikomas visuose šiuolaikiniuose ultratrumpųjų impulsų lazeriuose.

Pasinaudojus šia technologija, buvo sukurti naujos kartos ultratrumpųjų šviesos impulsų kietakūniai femtosekundiniai lazeriai, atvėrę daug naujų eksperimentinių tyrimų krypčių. Pradedant didelės laiko skyros spektroskopija tiriant itin sparčius fizikinius, cheminius ar biologinius vyksmus ir baigiant stiprių laukų fizika, dalelių greitinimu ir atosekundinių impulsų generavimu.

Naujos kartos femtosekundiniai lazeriai paskatino milžiniškus kokybinius šuolius įvairiose mokslo srityse. Pavyzdžiui, leido sukurti naujos kartos – femtosekundines šviesos technologijas. Buvo praskleistas nanopasaulio paslapčių šydas. Labai pasikeitė ir patys lazeriai.

Išradus lazerį buvo pabrėžiama, kad lazeris yra šviesos šaltinis, spinduliuojantis labai tiksliai apibrėžto bangos ilgio šviesą, pasižyminčią spektriniu grynumu. Moderniausi šiuolaikiniai lazeriai geba generuoti labai plataus spektro įvairiaspalvę šviesą ir dažnai vadinami baltos šviesos lazeriais.

Lazeriai Lietuvoje

Didelė garbė Lietuvai ir mums visiems, kad pernai prof. G. Muorou buvo išrinktas LMA užsienio nariu, o šiemet jam sutektas Vilniaus universiteto (VU) garbės daktaro vardas. Pasaulyje visuotinai pripažintas ir VU Lazerinių tyrimų centro mokslininkų indėlis į tolesnį čirpuotų šviesos impulsų stiprinimo metodo plėtojimą, vadovaujant akademikui Algiui Petrui Piskarskui.

Jis pritaikė šį metodą kitokiu principu, nei lazerinis stiprinimas veikiantiems parametriniams šviesos stiprintuvams. Sujungus lazerinio ir parametrinio čirpuotų šviesos stiprinimo technologijas, šiuo metu kuriamos naujos kartos lazerinės sistemos, generuojančios rekordinės galios itin trumpus šviesos impulsus, kurių trukmė neviršija keleto šviesos elektrinio lauko svyravimo periodų.

Prieš kelerius metus, bendradarbiaujant su Lietuvos lazerių pramonės įmonėmis „Light Conversion“ ir „Ekspla“, VU Lazerinių tyrimų centre sukurtas itin didelės galios lazeris, tapęs galingiausio Europos lazerio SYLOS prototipu, šiuo metu jau veikiančio milžiniško Europos infrastruktūros projekto Ekstremalios šviesos infrastruktūra (angl. Extreme Light Infrastructure) padalinyje Vengrijoje. Tolesnė šių dviejų technologijų plėtra orientuota į didelės galios ultratrumpųjų šviesos impulsų generaciją pačiose įvairiausiose elektromagnetinių bangų spektro srityse. Pradedant minkštojo Rentgeno, vakuuminio ultravioleto ir baigiant terahercų spinduliuote. Tai yra ten, kur tiesioginiais metodais gauti lazerinę spinduliuotę yra labai sunku, o kai kuriais atvejais apskritai neįmanoma.

Lietuvos mokslo institucijose ir pramonės įmonėse yra ne tik kuriami nauji lazeriai, garsinantys Lietuvą visame pasaulyje, bet plėtojamos ir lazerinės šviesos technologijos. Jas galima taikyti valdant šviesos sklidimą fotoniniuose kristaluose, labai tiksliai apdorojant medžiagas. Šios technologijos suteikia tyrėjams daugiau galimybių tarpdalykiniuose tyrimuose, nuo medžiagų mokslo, chemijos iki medicinos.

Tokie kompleksiniai tyrimai daugelį metų intensyviai plėtojami VU Lazerinių tyrimų centre. Šių darbų sėkmę iliustruoja 2019 m. Lietuvos mokslo premija, skirta prof. Mikui Vengriui, dr. Mindaugui Malinauskui ir šio straipsnio autoriui už fundamentinius ir taikomuosius intensyvios lazerio spinduliuotės sąveikos su medžiaga tyrimus.

Gautos naujos žinios apie fizikinius ir cheminius vyksmus skaidriose medžiagose. Tai leido sukurti didelės erdvinės raiškos lazerines 3D spausdinimo technologijas, o bendradarbiaujant su Lietuvos lazerių pramonės įmonėmis – naujų technologinių produktų.

UAB „Lrytas“,
Gedimino 12A, LT-01103, Vilnius.

Įm. kodas: 300781534
Įregistruota LR įmonių registre, registro tvarkytojas:
Valstybės įmonė Registrų centras

lrytas.lt redakcija news@lrytas.lt
Pranešimai apie techninius nesklandumus webmaster@lrytas.lt

Atsisiųskite mobiliąją lrytas.lt programėlę

Apple App Store Google Play Store

Sekite mus:

Visos teisės saugomos. © 2022 UAB „Lrytas“. Kopijuoti, dauginti, platinti galima tik gavus raštišką UAB „Lrytas“ sutikimą.