Polski miernik laserowy najczulszy i najszybszy na świecie

Zmierzy energię równoważną energii upadku ziarnka piasku z wysokości 3 cm – i niezwykle krótkie impulsy. Doktorant z WAT opracował ultraczuły miernik, który pozwoli kontrolować pracę laserów światłowodowych, używanych w medycynie, chirurgii plastycznej i badaniach kosmosu.

„Przyrządy o podobnej czułości mają jedynie Amerykanie w ich Narodowym Instytucie Miernictwa, który jest odpowiednikiem polskiego Głównego Urzędu Miar. Jednak patrząc pod kątem mierzonej mocy minimalnej oraz szybkości, nasz miernik bije na łeb na szyję tamte przyrządy” – tak o swoim wynalazku opowiada w rozmowie z PAP doktorant Paweł Grześ z Wojskowej Akademii Technicznej w Warszawie.

Wspomniany miernik jest chroniony patentem, a publikacja na jego temat zdobyła maksymalną liczbę punktów w czasopiśmie naukowym „Measurement”. Współautorami artykułu na temat wynalazku oraz zgłoszenia patentowego są naukowcy z Instytutu Optoelektroniki WAT: płk dr hab. inż. Jacek Świderski oraz dr inż. Maria Michalska.

Ultraczułe i superszybkie mierniki mogą być wykorzystywana do badania różnych laserów, na przykład w medycynie, w tym – w chirurgii plastycznej. Lasery umożliwiają prowadzenie wszelkich zabiegów estetycznych, w których światło ma wpływ na naskórek. Urządzenia te są również stosowane do nowoczesnych terapii nowotworowych. Jak wyjaśnia Paweł Grześ, podczas takich terapii pacjentowi podaje się fotouczulacz, a potem chorą tkankę napromieniowuje się laserem.

„Mierniki pozwalają bardzo wcześnie wykryć zagrożenie pracy lasera. Gdy mamy zabieg chirurgiczny z użyciem skalpela laserowego, możemy bardzo wcześnie zauważyć, że coś jest nie tak. Potrafimy bardzo szybko zareagować i dzięki temu nic się nie stanie pacjentowi” – tłumaczy inżynier.

Zastrzega on, że jego zespół w WAT nie pracuje nad zastosowaniami, tylko nad przyrządami. Dzięki tym przyrządem można m.in. prowadzić zaawansowane obserwacje astronomiczne, na przykład badania egzoplanet. Natomiast w przemyśle lasery światłowodowe służą choćby do znakowania metali.

Lasery światłowodowe są to lasery dużej mocy. Potrafią one spotęgować dużą moc w małej wiązce. Jak wyjaśnia Paweł Grześ, do uzyskania tak dużej mocy potrzebny jest najpierw mały nadajnik sygnału. Następnie taki sygnał się wzmacnia. Aby kontrolować pierwszy, mały układ – naukowcy potrzebują bardzo czułych przyrządów. Muszą zdiagnozować bardzo małe impulsy, o znikomej mocy.

Mierniki energii to jedne z najważniejszych narzędzi do określania parametrów promieniowania laserów impulsowych. W przypadku laserów półprzewodnikowych małej mocy, działających w trybie nanosekundowym i subnanosekundowym, pomiar energii impulsu jest trudny. Stosowane obecnie przyrządy nie są wystarczająco czułe. Naukowcy mieli dotąd problem z pomiarem energii impulsów optycznych o krótkim czasie trwania, rzędu pojedynczych nanosekund generowanych przy wysokich częstotliwościach.

„Musieliśmy przygotować miernik, który ma bardzo dużo czułość, a przy okazji bardzo dużą szybkość. Układy, o jakich mówimy, generują bardzo krótkie impulsy o czasie trwania rzędu jednej nanosekundy. Światło w ciągu jednej nanosekundy przebiega drogę zaledwie 30 cm, czyli mój układ mierzy sygnały świetlne, które mają długość 30 cm. Energia tych impulsów jest mierzona w pikodżulach i odpowiada energii ziarenka piasku zrzuconego z wysokości 3 cm. Oczywiście w tym przypadku nie jest to energia mechaniczna tylko optyczna w impulsie laserowym” – opisuje parametry urządzenia doktorant.

Jak tłumaczy, miernik może być komponentem laserów światłowodowych, ale może też stanowić samodzielne urządzenie – dla miernictwa. Jest on przekonany, że po zakończeniu procedury patentowej WAT bez trudu znajdzie firmę, która będzie produkować takie mierniki. Głównym odbiorcą technologii, poza laboratoriami badawczymi, będzie medycyna.

Polski miernik krótkich impulsów laserowych opisało czasopismo „Measurement”. Mimo, że publikacja zawiera szczegóły techniczne – inżynier z WAT jest pewien, że urządzenia nikt nie skopiuje. Prototyp został pozytywnie zweryfikowany przez Urząd Patentowy.

Urządzenie zaprojektowane i wykonane przez doktoranta to najczulszy i jednocześnie najszybszy układ służący do pomiaru energii impulsu laserowego w zakresie podczerwieni spośród wszystkich dostępnych rozwiązań – zarówno tych komercyjnych, jak i tych opisanych w dostępnej literaturze naukowej – podkreśliła uczelnia, informując o wynalazku.

Wynalazek powstał podczas realizacji pracy doktorskiej pt. „Badanie generacji krótkich impulsów optycznych z użyciem laserów półprzewodnikowych i laserów ciała stałego oraz ich zastosowanie do wybranych aplikacji (generacja supercontinuum, komunikacja optyczna)”.

Mgr inż. Paweł Grześ uczestniczył w International School on Space Optics zorganizowanej w Rzymie przez Europejską Agencję Kosmiczną. Doktorant kieruje grantem wydziałowym pt. „Badanie wybranych metod tłumienia drgań oscylacyjnych w laserze półprzewodnikowym”. Jest także opiekunem Sekcji Kosmicznej Koła Naukowego Optoelektroników.

Źródło: Serwis Nauka w Polsce – www.naukawpolsce.pap.pl, Autorka: Karolina Duszczyk