Lazeriui – 60 metų! (video)

Nobelio apdovanojimų generatorius: lazeriui – 60 metų | lma.lt, N. Garejevo nuotr.

Šiemet sukanka 60 metų kai 1960 m. gegužės 26 d. Teodoras JAV fizikas Haroldas Meimenas (Theodore Harold Maiman) pristatė pirmąjį veikiantį rubino lazerį.

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. Lazerių dėka buvo išrasta holografija, sukurti unikalūs atomų šaldymo metodai, spartūs optoelektroniniai prietaisai. Šiuolaikinis gyvenimas sunkiai įsivaizduojamas be optinio ryšio, o moksliniai tyrimai – be lazerinės spektroskopijos.

Dr. Teodoras Maimanas Theodore H. Maiman) su lazeriu 1960 m. liepos mėn. | wikipedia.org nuotr.

Žodis „LASER“ kilo iš angliško trumpinio, apibūdinančio lazerio veikimo principą: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (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 Čarlzas Hardas Taunsas (Charles Hard Townes) ir Artūras Leonardas Šavlovas (Arthur Leonard Schawlow) suformulavo fizikinius lazerio veikimo principus ir pasiūlė būdus įgyvendinti tai praktiškai. 1960 m. viduryje Teodoras Haroldas Meimenas pristatė pirmąjį veikiantį rubino (natūraliai chromo jonais legiruoto safyro kristalo) lazerį.

Nobelio fizikos premijos laureatas prof. Ž. Muru ir akad. A. Piskarskas dalinasi įžvalgomis apie lazerių raidą | lma.lt, N. Garejevo nuotr.

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, kai išrastas lazeris, lazeris kartu su tranzistoriumi ir kompiuteriu pagrįstai laikomas vienu svarbiausių mokslinių prietaisų, išrastų XX a. antroje pusėje.

VU LTC unikalios lazerinės sistemos kūrėjas dr. A. Varanavičius supažindina prof. Ž. Muru su šios sistemos galimybėmis | lma.lt, N. Garejevo nuotr.

2018 m. Nobelio premija fizikos srityje skirta Žeraro Muru (Gerard Mourou) ir Dona Teo Striklend (Donna Theo Strickland) už čirpuotų šviesos impulsų stiprinimo (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. Technologijos dėka 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.

MokslinėMokslinė diskusija VU LTC Ultratrumpųjų impulsų optikos laboratorijoje (iš kairės į dešinę): prof. A. Dubietis, dr. V. Jukna, prof. Ž. Muru | lma.lt, N. Garejevo nuotr.

Mokslinė diskusija VU LTC Ultratrumpųjų impulsų optikos laboratorijoje (iš kairės į dešinę): prof. A. Dubietis, dr. V. Jukna, prof. Ž. Muru | lma.lt, N. Garejevo nuotr.

Didelė garbė Lietuvai ir mums visiems, kad pernai prof. Ž. Muru 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 (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.

2019 m. Mokslo premijos laureatai (iš kairės įdešinę): prof. A. Dubietis, dr. M. Malinauskas ir prof. M. Vengris | lma.lt, N. Garejevo nuotr.

Lietuvos mokslo įstaigose 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.