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
-
Zaczęło się! W lasach pojawiły się pierwsze grzyby. Gdzie wybrać się na grzybobranie w okolicach Wrocławia?
-
Grał w „Realu Madryt Afryki”. Teraz będzie strzelał dla Śląska Wrocław
-
Śląsk nie zwalnia z kolejnymi transferami. Następca Michała Rosiaka jest o krok od Wrocławia
-
Można już zgłaszać kandydatów do tegorocznych „Dolnośląskich Gryfów”
-
Nowa szkoła na Maślicach ma być gotowa na nowy rok szkolny [ZDJĘCIA Z BUDOWY]
-
Książulo na dobre zagościł we Wrocławiu. Po spektakularnej wizycie w ZOO tym razem wybrał się do restauracji BABA.
-
Tajemnica sprzed 5 tysięcy lat. Niezwykłe odkrycie pod Żórawiną
-
MPK Wrocław uruchamia licznik wykolejeń. Balawejder: „Chcemy się tym chwalić”
-
Krasnale wychodzą na ulice! Wrocław czeka na najbardziej bajkowy weekend roku
-
Bilety w pakiecie benefitów? Wrocław szykuje projekt „URBANCARD dla biznesu”
-
Renowacja magistrali na ul. Traugutta wkracza w finałową fazę. Kluczowy etap prac zakończony
-
Końska dawka emocji na Partynicach! Nadszedł czas na Wielką Wrocławską
-
Zwycięstwo na Tarczyński Arenie, Wojskowi meldują się w 1/16 Pucharu Polski. Zobacz GALERIĘ ZDJĘĆ
-
Małe zmiany, duży efekt. Jak lokalne remonty poprawiają jakość życia we Wrocławiu
-
Chińska platforma zakupowa otwiera centrum dystrybucyjne pod Wrocławiem
Najpopularniejsze
Grał w „Realu Madryt Afryki”. Teraz będzie strzelał dla Śląska Wrocław
Śląsk Wrocław się wzmacnia. Właśnie sięgnął po napastnika, który w ostatnich latach regularnie zdobywał gole w Szwecji i Norwegii, a jeszcze kilka miesięcy temu reprezentował barwy Al Ahly – najbardziej utytułowanego klubu Afryki. Kim jest Ieltsin Camoes i czego mogą spodziewać się po nim kibice WKS-u?
Śląsk nie zwalnia z kolejnymi transferami. Następca Michała Rosiaka jest o krok od Wrocławia
Wszystko wskazuje na to, że Śląsk Wrocław znalazł następcę Michała Rosiaka. Blisko podpisania kontraktu z WKS-em jest 25-letni Jan Jurcec – Chorwat z polskimi korzeniami, którego serwis Transfermarkt wycenia na 1,5 mln euro.
