NAUJAS LAZERINIŲ TYRIMŲ CENTRAS

2014-ųjų metų pabaigoje atidarytas Vilniaus universiteto Lazerinių tyrimų centro (VU LTC) kompleksas „Naglis“. Nors jo laboratorijose sumontuoti ir jau veikia galingiausi Lietuvoje lazeriai, centrą geriausiai apibūdintų visą Lietuvos lazerinių technologijų sektorių tiksliau nusakančia savybė – įvairiapusiškumas. Kompleksas „Naglis“ buvo kuriamas ir bus naudojamas naujų perspektyvių mokslo sričių plėtojimui, lazerinių technologijų kūrimui ir tarptautinės prieigos teikimui ne tik mokslo, bet ir verslo organizacijoms. Šis kompleksas buvo įkurtas naudojant ES struktūrinių fondų Ekonomikos augimo veiksmų programos „Bendrosios mokslo ir studijų infrastruktūros stiprinimas“ (VP2-1.1-ŠMM-04-V) finansuojamo projekto “Tarptautinės prieigos lazerinio komplekso ,,Naglis” sukūrimas” lėšomis. Šiuo projektu buvo siekiama užtikrinti lazerių ir šviesos technologijų mokslinių tyrimų, studijų ir technologinę plėtrą. Mokslinis kompleksas yra vieno iš integruotų mokslo, studijų ir verslo centrų (slėnių) „Saulėtekis” sudedamoji dalis.

Atviros prieigos kompleksas „Naglis“ įrengtas pastačius apytiklsiai 730 kv. m. ploto VU LTC priestatą (žr. 1 nuotrauką.). Jame veikia keturios mokslinės laboratorijos, kurios nuo pat pradžių buvo projektuojamos, atsižvelgiant į būtinybę valdyti temperatūrą bei palaikyti švarą. Jame įrengtos darbo vietos centro darbuotojams, atvykstantiems tyrėjams ir studentams, erdvi ir moderni cheminių medžiagų ruošimo patalpa. Komplekso veikla apims fundamentinius ir taikomuosius mokslinius tyrimus, suteiks galimybę Lietuvos įmonėms išbandyti pažangias lazerines technologijas savo produktų kūrimui, pasitarnaus rengiant studentus.

Kiekvienoje iš keturių naujų laboratorijų, be lazerių, jau sumontuota matavimų aparatūra ir vykdomi įvairūs moksliniai tyrimai.

Didelio intensyvumo lazerių fizikos laboratorijos artimiausių metų tikslas – įsitraukti į tik XXI amžiuje užgimusio atosekundžių mokslo tyrimus, tęsiant išskirtinius itin trumpų impulsų generacijos ir jų taikymo netiesinėje optikoje katedros mokslininkų darbus. Dar 1992 m. katedros mokslininkai, vadovaujami prof. A. Piskarsko, pasiūlė naują šviesos impulsų stiprinimo metodiką – moduliuoto dažnio impulsų parametrinį stiprinimą. Pastaruoju metu ši metodika tapo plačiai pripažinta kaip viena patraukliausių alternatyvų, kuriant naujos kartos femtosekundines itin didelių galių lazerines sistemas.

Pagal šį metodą jau dešimtmetį kuriamos arba atnaujinamos itin trumpų ir ypač galingų šviesos impulsų lazerinės sistemos daugelyje pasaulio mokslo centrų. Toks metodas įdiegtas ir „Naglio“ komplekse vystomoje didelio intensyvumo lazerinėje sistemoje. Su šia didelės smailinės galios daugiapakopio parametrinio stiprinimo sistema (žr. 2 pav.) ir aparatūriniu-diagnostiniu kompleksu bus atliekami koherentinės spinduliuotės generacijos giliojo ultravioleto ir Rentgeno diapazono tyrimai aukštųjų harmonikų generacijos metodais, pavienių atosekundinės trukmės impulsų generacija ir jų naudojimas ultrasparčių procesų tyrimams bei didelio intensyvumo kelių optinių ciklų trukmės impulsų sąveikos su medžiaga tyrimai.

Lazerinių elementų kokybės ir optinio atsparumo tyrimų laboratorijos pagrindinis mokslinių tyrimų objektas – itin galingoms lazerinėms sistemoms skirtų optinių elementų kokybė ir juose vykstantys fizikiniai reiškiniai, ribojantys atsparumą lazerio spinduliuotei. Lazerinė pažaida kuriama, kai sąveikauja galinga lazerio spinduliuotė ir optinį elementą sudarančios medžiagos. Tai itin sudėtingas daugiapakopis procesas. Pažaidą apibūdinantis kiekybinis dydis – optinio atsparumo slenkstis, kuris priklauso nuo daugybės lazerio parametrų: bangos ilgio, impulso trukmės, pluošto diametro, medžiagos draustinės juostos tarpo, terminių-mechaninių savybių ir elemento projektavimo ypatumų. Laboratorijoje atliekami optinių paviršių šviesos sklaidos ir sugerties nuostolių tyrimai, lazerinių elementų optinių savybių tyrimai esant įvairiai darbo aplinkai, pavyzdžiui, vakuume ir esant žemai temperatūrai. Čia taip pat atliekamas įvairios trukmės šviesos impulsais sukuriamos pažaidos slenksčio apibūdinimas optinėse medžiagose ir plonasluoksnėse interferencinėse dangose bei kuriami nauji tokių tyrimų metodai ir prietaisai.

Pagal atitinkamus ISO standartus jau sukurti testavimo stočių prototipai, skirti lazerinių komponentų parametrams nustatyti. Šios krypties tyrimai tęsiami aktyviai bendradarbiaujant su pagrindinėmis Lietuvos lazerių pramonės įmonėmis, kurioms svarbu pateikti rinkai kuo kokybiškesnius prietaisus ar optinius elementus.

Terahercų dažnio spektroskopijos ir netiesinių reiškinių tyrimų laboratorijos tyrimų objektas yra intensyvių femtosekundinių lazerio impulsų sąveika su medžiaga, šių medžiagų charakterizavimas bei naujų optinio ir terahercų dažnių ruožo šaltinių kūrimas ultrasparčiosios spektroskopijos ir netiesinės optikos metodais. Didelė femtosekundinių lazerio impulsų smailinė galia bei aukštas optinio pažeidimo slenkstis skaidriose izotropinėse terpėse ir dujose leis siekti šių tikslų naudojant aukštesnių eilių netiesinius reiškinius, kaip antai: trečios harmonikos generavimas, keturbangis ir šešiabangis dažnių maišymas bei skirtuminio dažnio generavimas. Tokie impulsai efektyviai jonizuoja pačias įvairiausias medžiagas, įskaitant ir aplinkos orą, kurio plazmoje, sukurtoje naudojant bichromatinį (pirmoji kartu su antrąja lazerio harmonika) femtosekundinį kaupinimą bus galima efektyviai generuoti plačiajuosčius terahercų dažnio impulsus. Vykdant tolesnius tyrimus šie impulsai bus naudojami femtosekundinės (<100 fs) laikinės skyros spektroskopiniams matavimams (terahercinio diapazono spektrometro kūrimui), analizuojant įvairių medžiagų, aktualių moksliniu ir komerciniu ar saugumo požiūriu, spektrines savybes.

Lazerinės nanofotonikos laboratorijos pagrindinė tyrimų kryptis – trimačių (3D) mikro- ir nanodarinių formavimas skaidriose terpėse tiesioginio lazerinio rašymo būdu ir tokių funkcinių darinių taikymas mikrometrinių matmenų optikoje, fotonikoje, audinių inžinerijoje. Darinių formavimui naudojant femtosekundinius šviesos impulsus pasiekiama iki ~100 nm erdvinė formavimo skyra šviesai jautriose medžiagose dėl netiesinės sugerties itin mažame tūryje inicijuojant polimerizacijos reakcijas. Parenkant formavimo technologinius parametrus užtikrinamas platus apdirbamų medžiagų spektras nuo hibridinių organinių-neorganinių medžiagų iki biopolimerų. Tiesioginio lazerinio rašymo būdu formuojami sudėtingi fotoniniai dariniai kietakūnėse skaidriose terpėse negrįžtamai lokaliai modifikuojant jų lūžio rodiklį. Tokie fotoniniai kristalai taikomi šviesos chromatinių ir erdvinių charakteristikų valdymui.

Šioje laboratorijoje sukurta universali eksperimentinė įranga, įgalinanti formuoti santykinai didelių skersinių matmenų (1-10 cm) polimerinius darinius su aukštesne nei 100 nm skersine skyra. Tokia technologija išsiskiria plačiu apdirbamų medžiagų spektru. Naudojant ultratrumpuosius impulsus galima formuoti 3D darinius iš akrilatinių, epoksidinių, hibridinių organinių, neorganinių junginių ir biopolimerų.

Neseniai pradėta vystyti darinių replikavimo minkštosios litografijos būdu (angl. – soft litography) technologija, leidžianti atgaminti keletą šimtų suformuotos kvazitrimatės (2,5 D) struktūros kopijų, štampuojant jas pagal darinio prototipą nulietu štampu. Šios VU LTC kartu su Biochemijos instituto (dr. V Bukelskienė ir dr. D. Baltriukienė) ir Širdies chirurgijos centro (prof. V. Sirvydis, dr. A. Širmenis) tyrėjais vystomos technologijos pradėtos taikyti gaminant specialius karkasus kamieninių ląstelių auginimui iš biologiškai suderinamų polimerų, siekiant sukurti dirbtinius bioaudinius širdies ir kraujagyslių chirurgijai. Kartu su VU Medicinos fakulteto Odontologijos institutu (dr. V. Rutkūnas) iš biorezorbuojamų polimerų spausdinant terminės ekstruzijos būdu kuriami trimačiai karkasai kaulo defekto gydymui. Bendradarbiaujant su dr. M. Valiumi iš Proteomikos centro buvo sėkmingai suformuoti gradientiškai kintančio periodo karkasai iš biologiškai sutaikomų polimerų.

Pastaruoju metu intensyviai vystomi tyrimai parodė, kad polimerinių darinių formavimo technologijos turi puikią perspektyvą daugiafunkcinių ir integruotų mikrooptikos komponentų gamyboje. Tiesioginis lazerinis rašymas polimeruose gali būti panaudojamas ir trimačių fotoninių kristalų kūrimui, tyrimui bei gamybai. Kartu su prof. K. Staliūno (Katalonijos politechnikos universitetas, Barselona) grupe pademonstruotos nanodarinių šviesos erdvinio filtravimo savybės. Be konkrečių mikrodarinių kūrimo, bendradarbiaujant su prof. S. Juodkaziu (Svinburno technologijos universitetas, Melburnas) ir dr. M. Farsari (FORTH institutas, Heraklionas) tiriami iki šiol dar gerai neišaiškinti tam tikri fizikiniai šviesos ir polimerų sąveikos mechanizmai.