W budowie niezwykle precyzyjnych laserów, które być może już za około trzy lata trafią na rynek, polscy badacze wykorzystują grafen. Materiał ten służy jako superszybki przełącznik światła - mówi PAP Grzegorz Soboń z Politechniki Wrocławskiej.

Fot: flickr.com / Ripley Engineering / CC

Grzegorz Soboń z Grupy Elektroniki Laserowej i Światłowodowej na Politechnice Wrocławskiej znalazł się wśród dwóch wyróżnionych w tym roku stypendystów programu START Fundacji na rzecz Nauki Polskiej. W swojej pracy zajmuje się wykorzystaniem grafenu w laserach światłowodowych, które emitują bardzo krótkie impulsy światła.

Jak wyjaśnia badacz, lasery takiego typu mają bardzo dużo zastosowań praktycznych - mogą być stosowane np. w chirurgii czy w kosmetologii jako bardzo precyzyjny skalpel optyczny. Znajdują również zastosowanie m.in. w bardzo precyzyjnych pomiarach odległości.

"Jest to też bardzo dobre narzędzie do obróbki, cięcia, wykonywania precyzyjnych mikrowierceń czy mikrootworów w materiałachs takich jak stal, aluminium czy plastik" - dodaje badacz z Politechniki Wrocławskiej. Bardzo krótkie impulsy mają też duże znaczenie dla badań podstawowych - służą jako narzędzie dla naukowców, np. do diagnostyki materiałów.

Stypendysta Fundacji na rzecz Nauki Polskiej wyjaśnia, że wykorzystanie grafenu w laserach to na razie nowa dziedzina badań - pierwsze lasery z grafenem pojawiły się dopiero trzy - cztery lata temu. Ale zespołowi z Politechniki Wrocławskiej, w którym pracuje Grzegorz Soboń, udało się skonstruować pierwszy na świecie światłowodowy laser z liniową polaryzacją wiązki wykorzystujący grafen. "To był stabilny laser, który emitował bardzo krótkie impulsy, a parametry tego promieniowania były bardzo dobre i niezwykle przydatne z punktu widzenia zastosowania w maszynach. Był to pierwszy taki układ na świecie" - wyjaśnia naukowiec.

Jak dodaje Grzegorz Soboń, w ramach swojej pracy nad doktoratem opracował pierwszy na świecie układ wzmacniający promieniowanie z lasera z grafenem, umożliwiający jego użycie w precyzyjnej obróbce materiałów. "Docelowo mamy zamiar takim laserem wycinać struktury biodegradowalnych stentów, stosowanych do przywracania drożności naczyń krwionośnych" - wyjaśnia.

Dodaje, że impulsy w tworzonych na Politechnice Wrocławskiej laserach trwają zaledwie 300 femtosekund (jedna sekunda to milion miliardów femtosekund). "Dzięki temu czas interakcji światła lasera z materią jest bardzo krótki i nie ma między nimi oddziaływania termicznego. Dzięki temu uzyskuje się lepsze parametry obrabianej powierzchni" - tłumaczy Soboń.

Fot: flickr.com / Ripley Engineering / CC

W uzyskaniu szybkich impulsów w laserach bardzo przydatne są niezwykłe właściwości grafenu. Okazuje się, że pod wpływem odpowiednio mocnego światła lasera, grafen cyklicznie zmienia swoją zdolność do pochłaniania światła.

"Działa jak bardzo szybki przełącznik" - mówi Grzegorz Soboń i wyjaśnia, że pod wpływem lasera, grafen z materiału pochłaniającego część światła staje się całkowicie przezroczysty. Jednak w ciągu kilku femtosekund regeneruje się i cykl się powtarza. Czasy impulsów, które powstają dzięki grafenowi mogą być bardzo krótkie - znacznie krótsze niż w innych dotychczas stosowanych materiałach. To, że grafen jest przełącznikiem światła wynika z jego charakterystycznej struktury energetycznej.

Laureat stypendium START tłumaczy, że pojedyncza warstwa grafenu absorbuje 2,3 proc. światła. "Dla nas to tyle, co nic - grafen wydaje nam się przezroczysty, ale dla lasera to sporo" - opowiada rozmówca PAP. Grafen nie wygasza więc światła lasera całkowicie. Modulacja światła laserowego jest więc niewielka, ale w laserach - wystarcza.

W ramach programu GRAF-TECH Narodowego Centrum Badań i Rozwoju zespół z Politechniki Wrocławskiej tworzy wraz z Instytutem Technologii Materiałów Elektronicznych w Warszawie oraz firmą Fiber Optic Technical Support z Wrocławia konsorcjum, którego celem jest wdrożenie polskich laserów. "Mamy sprzężenie zwrotne od przemysłu i wiemy, na jakie lasery jest zapotrzebowanie. Jesteśmy na etapie projektowania prototypów" - mówi Grzegorz Soboń. Wyraża przy tym nadzieję, że polskie lasery z grafenem trafią na rynek nawet w ciągu najbliższych 2-3 lat.

"Cały świat oszalał na punkcie grafenu. Badania posuwają się do przodu bardzo szybko, a my wpisujemy się w ten nurt badań i staramy się znaleźć dla siebie niszę. Szybko rozwija się również technika laserowa. Wydaje mi się, że przez następne dekady będziemy mieli co robić w tej dziedzinie laserów z grafenem" - podsumowuje badacz z Politechniki Wrocławskiej.

(Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl )