Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk

Instytut Chemii Fizycznej
Polskiej Akademii Nauk
adres:
tel.:
fax/tel.:
email:
WWW:
ul. Kasprzaka 44/52
01-224 Warszawa
+48 22 3432000
+48 22 3433333, 6325276
[email protected]
http://www.ichf.edu.pl/
Warszawa, 16 marca 2011
W Warszawie startuje budowa rekordowego lasera
W Centrum Laserowym Instytutu Chemii Fizycznej PAN i Wydziału Fizyki
Uniwersytetu Warszawskiego rozpoczęły się prace nad skonstruowaniem
nowatorskiego lasera. W kompaktowym urządzeniu zostanie wykorzystana
wyjątkowa metoda wzmacniania światła. Dzięki niej pojedyncze impulsy laserowe
osiągną moc dziesiątków terawatów przy parametrach wzmocnienia rekordowych
w skali świata.
W większości laserów generujących ultrakrótkie impulsy wzmocnienie światła następuje dzięki
klasycznej technologii z użyciem kryształów szafiru domieszkowanych jonami tytanu. Za pomocą
zewnętrznego lasera do kryształu pompuje się energię, z której część jest następnie odbierana
przez właściwą, wzmacnianą wiązkę laserową. Kryształy laserowe mają jednak wiele wad, na
przykład silnie się nagrzewają i zniekształcają przekrój wiązki światła. Alternatywą są wzmacniacze
parametryczne, wykorzystujące efekty optyki nieliniowej. Laser ze wzmacniaczem tego typu
powstaje w Centrum Laserowym funkcjonującym przy Instytucie Chemii Fizycznej PAN (IChF PAN)
w Warszawie i Wydziale Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego (FUW). „Nasz cel jest prosty. Chcemy
zbudować najbardziej efektywny i kompaktowy parametryczny wzmacniacz światła na świecie” –
mówi dr Yuriy Stepanenko z IChF PAN.
Technologia wieloprzejściowego optycznego wzmacniacza parametrycznego NOPCPA
(Noncollinear Optical Parametric Chirped Pulse Amplifier) jest rozwijana w Centrum Laserowym od
kilku lat w zespole prowadzonym przez prof. dr. hab. Czesława Radzewicza (IChF PAN, FUW).
Metoda polega na efektywnym przekazywaniu energii bezpośrednio z wiązki lasera pompującego
do wiązki wzmacnianej. Narzędzia teoretyczne rozwinięte przez polskich naukowców w połączeniu
z modelowaniem numerycznym pozwalają precyzyjnie optymalizować parametry wiązek i samego
wzmacniacza. Zagadnienia te są niebanalne, ponieważ rozkłady natężeń pól są niejednorodne w
czasie i przestrzeni, a dodatkowo wzmacniany impuls ma częstotliwość zależną od czasu (co
fizycy nazywają świergotem).
Ponieważ we wzmacniaczu parametrycznym energia nie jest nigdzie gromadzona, nie pojawiają
się szkodliwe efekty termiczne, a wzmocnione impulsy mają doskonałe parametry. Wzmacniacz
NOPCPA charakteryzuje się przy tym kompaktowymi rozmiarami: już na długości kilku
centymetrów wzmocnienie może sięgnąć setek milionów razy. Teoretyczna sprawność
wzmacniacza parametrycznego wynosi ok. 60%, jest jednak trudna do uzyskania i w dotychczas
najlepszych urządzenia tego typu dochodzi do 30%. „Nasz plan minimum to 40% efektywności,
spróbujemy jednak pokonać barierę 50%” – mówi dr Paweł Wnuk z IChF PAN.
Naukowcy spodziewają się, że pierwsze impulsy o czasie trwania kilkunastu femtosekund i mocy
10 terawatów będą emitowane przez laser już na początku przyszłego roku. To jednak tylko
początek drogi. „Mamy nadzieję, że już obecna wersja wzmacniacza parametrycznego pozwoli
nam wyprodukować impulsy przekraczające 100 TW” – podkreśla prof. Radzewicz. Obliczenia
wykazują, że impulsy laserowe o mocy 500 TW można byłoby wykorzystać do rozpędzania
protonów do energii pozwalających na zastosowania w terapiach medycznych, na przykład
antynowotworowych. Lasery o tak dużych mocach można dziś znaleźć tylko w kilku ośrodkach
naukowo-badawczych na świecie. „Mamy wszelkie podstawy przypuszczać, że nasza metoda
wzmacniania światła może w przyszłości pomóc konstruować stosunkowo tanie lasery do
akceleracji protonów, na dodatek na tyle zwarte, że byłyby w zasadzie urządzeniami przenośnymi”
– mówi dr Stepanenko.
W ramach realizowanego projektu nowy laser zostanie wykorzystany do budowy dwóch
układów demonstracyjnych. Pierwszy z nich, powstający we współpracy z Wojskową Akademią
Techniczną (WAT) w Warszawie i Instytutem Fizyki PAN, będzie służył do tworzenia źródeł
promieniowania rentgenowskiego o rozmiarach mikrometrowych. Źródła tego typu znajdują
zastosowanie m.in. w mikroskopii rentgenowskiej, zwłaszcza w defektoskopii materiałów
konstrukcyjnych. Drugi demonstrator będzie lidarem służącym do pomiaru zanieczyszczeń w
atmosferze; w jego budowie będą uczestniczyć naukowcy z WAT-u.
Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (http://www.ichf.edu.pl/) został powołany w 1955 roku jako jeden z pierwszych
instytutów chemicznych PAN. Profil naukowy Instytutu jest silnie powiązany z najnowszymi światowymi kierunkami rozwoju chemii
fizycznej i fizyki chemicznej. Badania naukowe są prowadzone w 9 zakładach naukowych. Działający w ramach Instytutu Zakład
Doświadczalny CHEMIPAN wdraża, produkuje i komercjalizuje specjalistyczne związki chemiczne do zastosowań m.in. w rolnictwie
i farmacji. Instytut publikuje około 200 oryginalnych prac badawczych rocznie.
KONTAKTY DO NAUKOWCÓW:
dr Yuriy Stepanenko
Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk
tel. +48 22 3433446, +48 22 3433412
email: [email protected]
POWIĄZANE STRONY WWW:
http://www.ichf.edu.pl/
Strona Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk.
http://www.ichf.edu.pl/press/
Serwis prasowy Instytutu Chemii Fizycznej PAN.
http://www.ichf.edu.pl/res/CL/
Strona Centrum Laserowego przy IChF PAN.
MATERIAŁY GRAFICZNE:
IChF110316b_fot01s.jpg
HR: http://ichf.edu.pl/press/2011/03/IChF110316b_fot01.jpg
Dr Yuriy Stepanenko z Instytutu Chemii Fizycznej PAN w Warszawie przy stole optycznym z aparaturą laserową. (Źródło: IChF PAN,
Grzegorz Krzyżewski)