Michał CHYŁA
Centrum HiLASE, Instytut Fizyki Czeskiej Akademii Nauk, Za Radnicí 828, 25241 Dolní Břežany, Czechy
Lasery cienkodyskowe są obecne w dziedzinie technologii laserowych od ponad 30 lat i swą popularność zawdzięczają parametrom, które czynią je niezawodnymi narzędziami w obrębie aplikacji naukowych i przemysłowych.
W laserach cienkodyskowych ośrodek aktywny ma formę cienkiego (100-400 um), okrągłego dysku, przeważnie o średnicy kilkunastu milimetrów. Przednia część dysku ma naniesione powłoki anytrefleksyjne, natomiast tylna strona dysku jest pokryta warstwami z wysokim współczynnikiem odbicia dla światła lasera oraz pompy. Dodatkowo, tylna powierzchnia dysku jest chłodzona wodą, co skutkuje niemalże jednokierunowym przepływem ciepła. Dzięki temu efekty termalne jak i temperaturowy gradient radialny są bardzo małe, a lasery cienkodyskowe charakteryzjuą się bardzo dobrą jakością wiązki laserowej oraz wysoką mocą.
Centrum HiLASE opracowało platformę laserów cienkodyskowych PERLA100® z wykorzystaniem materiału Yb:YAG jako ośrodka aktywnego, emitujących pikosekundowe impulsy na długości fali 1030 nm, z mocą średnią 100 W [1]. Laser w formie wzmacniacza regeneratywnego, w zależności od preferencji użytkownika, dostarcza impulsy z energią w zakresie od 500 uJ do 20 mJ przy częstotliwości pracy lasera od 200 kHz do 1 kHz. Dodatkowo platforma jest uzupełniona o moduł generacji 2, 3 oraz 4 harmonicznej długości fali, co odpowiada kolejno długościom fali 515 nm, 343 nm oraz 257 nm. Dzięki temu system może być użyty do efektywnej mikroobróbki różnych materiałów, takich jak: stal, międź czy kwarc.
Prezentowany laser został wykorzystany w eksperymentach naukowych, takich jak generacja cząstek alfa poprzez fuzję protonowo-boronową [2] lub przyspieszanie materii w próżni jako sposób na usuwanie zanieczyszczeń na orbicie Ziemi [3]. W zastosowaniach przemysłowych laser jest wykorzystywany do mikroobróbki matriałów oraz funkcjonalizacji powierzchni, np. za pomocą rozdzielenia wiązki laserowej do ponad 40,000 wiązek [4].
W prezentowanym referacie zostanie przedstawiona platforma laserowa PERLA100® oraz przykłady jej zastosowania w aplikacjach naukowych oraz przemysłowych, jak również bieżące dodatkowe prace w dziedzinie laserów cienkodyskowych prowadzone z wykorzystaniem materiału Ho:YAG emitującego na 2 µm oraz Alexandrytu emitującego w okolicy 750 nm.
Literatura
[1] M. Smrz, et al., Picosecond thin-disk laser platform PERLA for multi-beam micromachining, OSA Continuum, Vol. 4, No. 3 (2021) pp.940-952
[2] V. Istokskaia, et al., A multi-MeV alpha particle source via proton-boron fusion driven by a 10-GW tabletop laser, Communication Physics, Vol. 6, No. 27 (2023)
[3] S. Boyer, et al., internet, https://www.hilase.cz/wp-content/uploads/Laser-space-propulsion.pdf
[4] P. Hauschwitz, et al., Towards Rapid Fabrication of Superhydrophobic Surfaces by Multi-Beam Nanostructuring with 40,401 Beams, Nanomaterials, Vol. 11, No. 8 (2021)