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
-
Dodatkowa rekrutacja na Politechnice Wrocławskiej. Są jeszcze wolne miejsca na studiach
-
Około 400 osób na wieczornym Nightskatingu. Rolkarze przejechali ulicami Wrocławia
-
Kino plenerowe wraca na Partynice. W weekend dwa bezpłatne seanse pod chmurką
-
We Wrocławiu powstaje Uniwersyteckie Centrum Neurologii i Neurochirurgii. „Ekstraklasa w leczeniu udarów”
-
Nowe koszulki Śląska Wrocław! Cała Polska już wie, że są najładniejsze w Ekstraklasie.
-
Linia 122 pojedzie dalej. Od 1 sierpnia autobusy dojadą ulicą Gagarina
-
Dziś Światowy Dzień Radia. Jakich stacji można słuchać we Wrocławiu? [LISTA CZĘSTOTLIWOŚCI]
-
„Maj z Muzyką Dawną” we Wrocławiu, Żórawinie i Strzelinie. Będzie można się zabawić jak setki lat temu
-
Wrocławianie wywożą śmieci na potęgę. Jakie odpady najczęściej trafiają do PSZOK?
-
Nowe zaplecze dla sportowców na Zakrzowie. Miasto ogłosiło przetarg
-
Jak zarejestrować samochód zabytkowy?
-
Wrocław zaprasza nad wodę. Miejskie kąpieliska gotowe na sezon 2026
-
Pięć nowych kierunków na Politechnice Wrocławskiej. Sztuczna inteligencja przebojem wchodzi na uczelnię
-
Niedziela handlowa przed Wielkanocą. Jak w tą niedzielę otwarte są centra handlowe we Wrocławiu? [27.04.2025]
-
Kąpieliska i baseny we Wrocławiu. Ile w 2025 r. kosztują bilety?
Najpopularniejsze
Około 400 osób na wieczornym Nightskatingu. Rolkarze przejechali ulicami Wrocławia
Około 400 uczestników wzięło udział w piątkowym Nightskatingu we Wrocławiu. Miłośnicy rolek, wrotek i longboardów pokonali wieczorem trasę prowadzącą przez główne ulice miasta, rozpoczynając i kończąc przejazd przy Narodowym Forum Muzyki.
Kino plenerowe wraca na Partynice. W weekend dwa bezpłatne seanse pod chmurką
W najbliższy weekend, 25 i 26 lipca, Wrocławski Tor Wyścigów Konnych – Partynice ponownie zamieni się w plenerowe kino. Tym razem pokazy odbędą się na Padoku Zielonym, gdzie będzie można bezpłatnie obejrzeć filmy „Drama” i „Wielka Warszawska”.


