A HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont (Wigner FK) munkatársai ultrarövid időtartamú lézernyalábok fázisának mérésére alkalmas optikai chipet fejlesztettek ki. Az eszköz fontos szerepet játszik majd a fény és az anyag kölcsönhatásának megismerésében, így a jövőben hozzájárulhat az elektronikus áramköröknél gyorsabb rendszerek létrehozásához. Az eredményeket bemutató tanulmány a rangos Nature Communications tudományos folyóiratban jelent meg.
A minket körülvevő világban az élet legtöbb területét elektronikus áramkörök irányítják, legyen szó akár az épületek fűtéséről, akár a telekommunikációról, akár közlekedési eszközökről. Mivel azonban a modern elektronikus eszközök sebessége korlátozott, a kutatók olyan módszerek vizsgálatával is foglalkoznak, amelyeknél a fényt használják különböző folyamatok irányítására. Léteznek olyan, az elektronikai folyamatoknál sokkal gyorsabb jelenségek, például bizonyos kémiai reakciók, amelyek irányíthatók lézerfénnyel, ugyanis a fény elektromos tere több tízezerszer gyorsabban változik, mint amilyen gyorsan az áramot a leggyorsabb áramkörökben változtatni tudjuk.
A fény elektromos terének manipulálása azonban jelentős kihívást jelent. A kutatóknak ugyan rendelkezésére állnak olyan ultrarövid fényimpulzusokat adó lézerek, amelyekkel a másodperc milliárdodrészének a milliomodrésze alatt be lehet indítani bizonyos kémiai reakciókat, viszont nagyon nehéz kontrollálni a lézerimpulzusok fázisát, vagyis azt, hogy a lézerfény-felvillanáson belül pontosan melyik időpillanatban legyen maximális az elektromos tér erőssége.
A HUN-REN Wigner FK Dombi Péter által vezetett Lendület-kutatócsoportja most ennek a problémának a megoldására fejlesztett ki egy radikálisan új optikai chipet, amellyel meg lehet mérni a lézerimpulzusok fázisát. A rangos Nature Communications folyóiratban megjelent cikkükben továbbá egy olyan új módszert is demonstrálnak, amellyel a fázist egy lézernyalábon belül változtatni is lehet.
Lézerimpulzusok fázisának feltérképezése: egy ultrarövid fényimpulzust fókuszálnak az optikai chipre, ami a nanoméretű érzékelőt rövid időre fémessé teszi. Ez a folyamat függ a lézerimpulzus fázisától, így lehetővé válik a fázis háromdimenziós szkennelése.
Az új módszer amiatt is kiemelkedő, mert ugyan intenzív lézerimpulzusok fázisának mérésére már van bevett gyakorlat, ehhez azonban nagy méretű vákuumkamra szükséges, és háromdimenziós szkennelést nem lehet vele megvalósítani. Az új eszközzel azonban a korábbiaknál sok nagyságrenddel gyengébb, mindössze 1 nanojoule energiájú lézerimpulzus fókusza környékén sikerült a fázist nagy térbeli felbontással kimérni.
„Az optikai chip megalkotásánál a korábbi tapasztalatainkra építettünk, amelyek azzal kapcsolatosak, hogy miként lehet szigetelő közegeket lézerfény segítségével vezetővé tenni. Ezt kihasználva terveztünk meg egy olyan optikai áramkört, amellyel aztán egy lézernyaláb fókuszának a környezetében háromdimenziós szkenneléssel pontosan ki tudjuk mérni a fázist” – magyarázta Václav Hanus, a tanulmány első szerzője, a HUN-REN Wigner FK kutatócsoportjának tagja. „Izgalmas új lehetőségeket teremt az, hogy a lézernyalábok jellemzését ilyen könnyen meg tudjuk oldani az új eszközzel, amelyet fázisszkennernek neveztünk el” – tette hozzá.
„Fontos előrelépés, hogy egy ilyen korszerű technológiát ki tudtunk fejleszteni a rövid impulzusú lézerek felhasználói számára. Arra vonatkozóan is van jó pár elképzelésünk, hogy hogyan használjuk majd a fázisszkennerünket saját kutatásainkban, melyek a lézerfény és különböző nanorendszerek kölcsönhatását vizsgálják. Az optikai chip előállítása pedig igazi csapatmunka eredménye volt, hiszen a jenai Fraunhofer Intézetben és a szegedi ELI-ALPS Lézeres Kutatóintézet nanofabrikációs laboratóriumában lévő high-tech berendezésekre is szükség volt ahhoz, hogy megvalósíthassunk egy ilyen eszközt, amellyel aztán Budapesten végeztünk sikeres fázisszkennelési kísérleteket” – összegezte Dombi Péter.