Przełomowy eksperyment w laboratorium Politechniki Wrocławskiej opisany w „Nature Photonics”
Naukowcy z Politechniki Wrocławskiej pracują nad optymalizacją działania laserów. Wyniki swojego eksperymentu opublikowali właśnie w czasopiśmie „Nature Photonics”, dają one zupełnie nowe spojrzenie na zasady działania laserów półprzewodnikowych.
Nad projektem „Kondensacja Bosego-Einsteina fotonów w laserze o pionową wnęką rezonansową z emisją powierzchniową” pracuje dr hab. inż. Maciej Pieczarka z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki, który wykonał swój przełomowy eksperyment w laboratoriach Politechniki Wrocławskiej wspólnie z doktorantką Aleksandrą Piasecką. Zaś praca naukowa dla „Nature Photonics” powstała we współpracy wrocławskich naukowców z naukowcami w dziedzinie fizyki laserowej z Zespołu Fotoniki Instytutu Fizyki Politechniki Łódzkiej: prof. Tomaszem Czyszanowskim, dr. Marcinem Gębskim i dr. hab. Michałem Wasiakiem. Wsparcia teoretycznego naukowcom z Politechniki Wrocławskiej udzielił uznany fizyk prof. Axel Pelster z RPTU Kaiserslautern.
Odkrycie dokonane przez wrocławskich naukowców może spowodować przełom w dziedzinie wykorzystania laserów. – Swoje badania przeprowadziliśmy na urządzeniu praktycznie nieróżniącym się od tych stosowanych obecnie w przemyśle, np. w smartfonach, w telekomunikacji itd. Obserwacja kondensacji Bosego-Einsteina światła w takim urządzeniu jest kompletnie nowym spojrzeniem na zasady działania laserów półprzewodnikowych – mówi dr Maciej Pieczarka.
Obecne zasady działania tych laserów polegają na tzw. osiągnięciu inwersji obsadzeń w obszarze aktywnym lasera, by światło uwięzione we wnęce lasera mogło być wzmocnione w procesie emisji wymuszonej. W akcji laserowej wzmocnione światło (fotony) mają tę samą fazę i długość fali, nadając charakterystycznych właściwości wiązce światła. Naukowcy z PWr w swoim projekcie wybrali laser o innym niż zazwyczaj zestrojeniu spektralnym między długością fali obszaru aktywnego a długością fali rezonatora laserowego.
– Co ciekawe, w przemyśle takiego zestrojenia zazwyczaj się unika, bo urządzenie ma nieco gorsze parametry pracy – tłumaczy dr Pieczarka. – W tych warunkach spontaniczna emisja i absorpcja w laserze spowodowała, że fotony w nim uwięzione „stermalizowały”, czyli zachowywały się jak gaz o zadanej temperaturze, który uwięziony jest w pudełku – dodaje.
Zwiększając prąd zasilający, czyli zarazem liczbę fotonów w tym gazie, naukowcy z PWr spowodowali, że skondensowały one do modu lasera o najmniejszej energii, tzn. utworzyły kondensat Bosego-Einsteina w temperaturze pokojowej. A wszystko to w warunkach, kiedy w laserze nie ma inwersji obsadzeń.
– Jest to istotne z punktu widzenia fizyki, jak również aplikacji, ponieważ emisja z takiego kondensatu fotonów ma również podobne właściwości, jak gdyby laser pracował w warunkach klasycznych. W tym przypadku jednak mechanizm działania jest jednak całkowicie inny – kontynuuje naukowiec.
Naukowcy z Politechniki Wrocławskiej zbadali też właściwości termodynamiczne gazu fotonowego.
– Zweryfikowaliśmy, że fotony w naszym laserze zachowują się dokładnie tak, jak podręcznikowy gaz bozonów z dobrze określoną temperaturą. Zmierzyliśmy parametry tzw. równania stanu gazu, potwierdzając zgodność z fundamentalną teorią – mówi Aleksandra Piasecka z W11.
Jakie zmiany może spowodować to odkrycie? Dr inż. Maciej Pieczarka wyjaśnia, że nikt nie wie jeszcze dokładnie, jakie właściwości będą mieć lasery pracujące w takim trybie, bo to całkowicie nowa dziedzina nauki. Poza samym arcyciekawym zjawiskiem fizycznym, taki tryb działania lasera ma także ogromny potencjał aplikacyjny, bo lasery VCSEL o dużej aperturze aktywnej (laser z PWr miał aperturę 23 mikrometrów) są znane z tego, że emitują wielomodowo. Oznacza to, że laserują światłem w kilku różniących się od siebie długościach fal na raz, co ogranicza ich właściwości, np. stabilność emisji. Jest to dobrze znane ograniczenie laserów VCSEL dużych rozmiarów.
– Nasz laser, w kontraście do obecnego stanu wiedzy, skondensował, a nie laserował, do pojedynczej długości fali, rozwiązując ten problem technologiczny – tłumaczy badacz.
Optymalizacja laserów operujących w trybie kondensacji Bosego-Einsteina może pozwolić na uzyskanie o wiele lepszych parametrów wiązki, koherencji i stabilności takich laserów. Takie właściwości laserów dużej powierzchni są kluczowe, m. in. w systemach typu LiDAR używanych w autonomicznych samochodach.
Najpopularniejsze teraz
-
⚠️ JUTRO (7 lipca) wielka ewakuacja przy ul. Trzemeskiej. Nowy Dwór zostanie odcięty od centrum. Zmiany w komunikacji miejskiej -
Michał Kosiński: co lajki mówią o naszej osobowości? [Re_Mind] -
Amazon otwiera centrum logistyczne w Dobromierzu koło Świdnicy. 1000 nowych miejsc pracy i stawki od 31,50 zł brutto za godzinę -
Dolny Śląsk liderem w Polsce. We Wrocławiu mieszka największy odsetek cudzoziemców -
Ewakuacja mieszkańców w rejonie ul. Trzemeskiej. Saperzy usuną niewybuch z II wojny światowej -
Oto najlepsze licea we Wrocławiu. Jedna szkoła w krajowej dziesiątce [RANKING 2026] -
Hala Targowa ma pozostać sobą. Ma być przestrzenią dla lokalnyego handlu, dobrego jedzenia, miejscem edukacji i spotkań. -
Drugi sparing Wojskowych: Śląsk Wrocław - Chrobry Głogów 4:1 [ZOBACZ ZDJĘCIA] -
Rekordowa liczba pasażerów na wrocławskim lotnisku. Gdyby nie remont, byłoby 5 milionów! -
Jest nowa dyrektora wrocławskiego oddziału Wód Polskich. W 1997 roku brała udział w akcji przeciwpowodziowej -
Pod Wrocławiem ruszyło drugie największe centrum logistyczne Żabki w Polsce [ZDJĘCIA] -
Wrocław zaplanował na 2026 rok rekordowy budżet. Jako miasto wydamy 9,67 mld zł -
Będzie nowy przystanek kolejowy pod Wrocławiem -
Nowy system kaucyjny coraz bliżej! Czy we Wrocławiu gdzieś oddamy już butelki w butelkomatach? -
Brytyjska sieć sklepów wkracza na Dolny Śląsk. Otworzyli swój pierwszy sklep we Wrocławiu [ZDJĘCIA]
