Femtosekunnin laseri lasista

EPFL:n Galatea-laboratorio on optiikan, mekaniikan ja materiaalitieteen risteyskohdassa ja femtosekuntilaserit ovat keskeinen osa laboratorion johtaja Yves Bellouardin työtä.

Femtosekuntilaserit tuottavat erittäin lyhyitä ja säännöllisiä laservalopurskeita, ja niillä on monia sovelluksia, kuten lasersilmäkirurgia, epälineaarinen mikroskopia, spektroskopia, lasermateriaalin käsittely ja viime aikoina kestävä datantallennus. Kaupalliset femtosekuntilaserit valmistetaan sijoittamalla optiset komponentit ja rakenteet tyypillisesti optisille peruslevyille, mikä vaatii optiikan tarkkaa kohdistamista.

"Käytämme femtosekuntilasereita tutkimuksessamme materiaalien epälineaarisista ominaisuuksista ja siitä, kuinka materiaalien tilavuutta voidaan muokata", Bellouard taustoittaa. "Monimutkaisten optisten kohdistusten suorittaminen saa sinut unelmoimaan yksinkertaisemmista ja luotettavammista tavoista kohdistaa monimutkainen optinen linja."

Bellouard ja hänen tiiminsä ratkaisu ongelmaan on käyttää kaupallista femtosekuntilaseria valmistaakseen lasista luottokortin kokoisen femtosekuntilaserin jossa kohdistus on vähemmän vaivalloinen.

"Haluamme tehdä vakaita lasereita, joten käytämme lasia, koska sen lämpölaajeneminen on pienempi kuin perinteisillä substraateilla ja se on vakaa materiaali sekä läpinäkyvä käyttämällemme laservalolle", Bellouard selittää.

Kaupallisen femtosekuntilaserin avulla tutkijat kaivertavat lasiin erityisiä uria, jotka mahdollistavat laserin olennaisten komponenttien tarkan sijoittamisen. Jopa mikronitason tarkkuusvalmistuksessa urat ja komponentit eivät vielä ole riittävän tarkkoja saavuttaakseen laserlaatuisen kohdistuksen. Toisin sanoen peilit eivät ole vielä täysin linjassa, joten tässä vaiheessa heidän lasilaite ei vielä toimi laserina.

Tiedemiehet tietävät myös aikaisemmista tutkimuksista, että he voivat saada lasin laajenemaan tai kutistumaan paikallisesti. Miksi ei käytettäisi tätä tekniikkaa peilien kohdistuksen säätämiseen?

Alkuetsaus on siksi suunniteltu siten, että yksi peili istuu urassa mikromekaanisilla taivutuksilla, jotka on suunniteltu herättämään peiliä paikallisesti, kun se altistetaan femtosekunnin laservalolle. Tällä tavalla kaupallista femtosekunnin laseria käytetään toisen kerran, tällä kertaa peilien kohdistamiseen ja lopulta vakaan, pienen mittakaavan femtosekuntilaserin luomiseen.

"Tämä lähestymistapa vapaan tilan optisten komponenttien pysyvään kohdistamiseen laser-aine vuorovaikutuksen ansiosta voidaan laajentaa laajaan valikoimaan optisia piirejä äärimmäisellä kohdistusresoluutiolla aina alle nanometreihin asti", Bellouard sanoo.

Tätä uutta gigahertsisen femtosekuntisen laserteknologiaa on jatkossa tarkoitus kehittää Cassio-P, yritys, jota johtaa Antoine Delgoffe, joka liittyi projektiin ratkaisevassa vaiheessa tavoitteenaan viimeistellä konsepti tulevaisuuden kaupalliseksi laitteeksi.

"Femtosekunnin laser toistaa itseään, joten olemmeko kenties saavuttamassa itsekloonaavien valmistettujen laitteiden käännekohtaa?" visioi Yves Bellouard.

Aiheesta aiemmin:

Aikalinssi tuottaa ultranopeita pulsseja