Žinoma, tai kol kas – tik tolimi planai, tačiau neseniai įkurtoje bendroje verslo ir mokslo laboratorijoje dirbantis mokslo populiarintojas dr. Sergejus Orlovas neatmeta galimybės, kad vieną dieną jie bus įgyvendinti.
Teoriniai modeliavimai ir eksperimentiniai bandymai su šviesa pradedami Fizinių ir technologijos mokslų centro kartu su „Altechna R&D (Workshop of Photonics)“ įkurtoje Fotoninių technologijų industrinėje laboratorijoje“, kur fizikai ieškos galimybių Lietuvos lazerių pramonę pakylėti į naują lygį.
Laboratorijai vadovaujantis S.Orlovas anksčiau Vilniaus universiteto Kvantinės fizikos katedroje baigė doktorantūros studijas, o stažavosi Erlangeno ir Niurnbergo universiteto Optikos, informacijos ir fotonikos grupėje, taip pat Maxo Plancko šviesos fizikos institute, ir prieš nepilnus metus grįžo į Lietuvą.
Išmaniųjų telefonų stiklus pjausto lietuviai
S.Orlovas prisimena, kad pirmą kartą apie apdirbimą šviesa žmonija susimąstė atsiradus galingesniems lazeriams, o dabar apdirbimas lazeriu išsivystė į atskirą pramonės šaką.
„Apdirbimo būdų labai daug: su lazeriu gali apdirbti tik medžiagos paviršių – paviršiuje kažką išlydyti, jei plienas – užgrūdinti paviršių, gali įrašyti tekstūras. Jei lazerio galia didesnė, gali metalą įpjauti, išpjauti, skyles išgręžti, jei dar didesnė galia – lazerio spinduliu suvirinti“, – vardino S.Orlovas.
Lazerinių medžiagų apdirbimo režimai priklauso nuo medžiagos ir lazerio galios bei trukmės. Dažniausiai medžiagų apdirbimui naudojami femtosekundiniai lazeriai.
„Apdirbimo lazeriu privalumų labai daug. Pavyzdžiui, lazeriu galima saugiai pjaustyti sprogmenis. Sprogmenys dažniausiai sprogsta dėl trinties – jei su peiliuku bandytum perpjauti sprogstamą medžiagą, tai būtų paskutinis daiktas, kurį pamatytumei, – aiškino fizikas. – O lazerio spindulys išvengia tarpinės fazės, jis tiesiogiai išgarina tą medžiagą ir gali ją pjaustyti.“
Apdirbamas lazeriu priklauso nuo lazerio spindulio profilio. Standartinis lazerio spindulio pluoštas vadinamas Gauso pluošteliu, tačiau jų trūkumas, kad tokie pluošteliai koncentruojasi tik į vieną tašką erdvėje, o jei lazerio spinduliu nori apdirbti, reikia energiją sukoncentruoti, tad tam statomi lęšiukai.
Vienas sėkmingiausių pjaustymo lazeriu komercializavimo pavyzdžių Lietuvoje yra jau minėtos bendrovės „Altechna R&D (Workshop of Photonics)“, kuri pardavė licenciją pjaustyti stiklą lietuviškomis lazerinėmis technologijomis žinomam gamintojui „Corning“. „Corning Gorilla Glass“ apsauginiai stiklai dengia didžiąją dalį populiariausių išmaniųjų telefonų modelių.
Lietuviai apsauginį stiklą pjaustys su Beselio pluoštu, kuris leidžia stiklą pjauti iškart per susidarančios optinės adatos ilgį, mechaninį peiliuką pakeičiant labai plona ir preciziškai veikiančia optine adata.
Būtent šis sėkmingas mokslo ir verslo bendradarbiavimo pavyzdys ir motyvavo bendros Fotoninių technologijų industrinės laboratorijos tarp verslo ir mokslo atsiradimą.
„Laboratorija mėgins užsiimti pluoštelių konstravimu, kurie turėtų įdomias savybes iš praktinių pritaikymų pusės, gaminti optines adatas, bandyti kontroliuoti tų optinių adatų formą, elektrinio lauko kryptį ir kitas šviesos savybes“, – sakė S.Orlovas.
Mokslininkas pasakojo, kad tokie lazeriniai pluošteliai būtų įdomūs ir pasauliniam verslui, nes leistų lanksčiai valdyti medžiagos sąveiką su lazeriu – keisti pjūvio formą, skelti medžiagas norimomis kryptimis ir net pasipriešinti šviesos sugerčiai.
Lazeriniai varikliai
Šviesa turi ir dar vieną įdomią savybę, kurią žmonija gali išnaudoti – šviesa gali slėgti. S.Orlovas šią šviesos savybę iliustruoja pavyzdžiui apie prie Saulės priartėjusią kometą: priartėjus kometai šviesa įkaitina kometos dulkes, jos garuoja ir mes matome kometų uodegas.
„Jos atsiranda dėl to, kad saulės kvantai – fotonai, atiduoda savo energiją dujoms ir stumia dujas šalin nuo Saulės. Žmonės žino daug pavyzdžių, kai su saulės slėgiu gali, tarkime, pasigaminti saulės bures ir keliauti. Ilgainiui žmonės neišvengiamai pradeda galvoti, ar galima lazerio šviesą panaudoti varikliuose“, – pasakojo S.Orlovas.
O šviesos slegiami varikliai būtų kur kas efektyvesni nei dabartiniai. S.Orlovas skaičiuoja, kad greičiausias žmonijos pagamintas zondas „Voyager“ dabar skrieja 17 km/s greičiu, o jo efektyvumas siekia 50 procentų. Jei norėtume sukurti raketiniu kuru varomą zondą, kuris pasiektų šviesos greitį, jo efektyvumas būtų lygus nuliui.
„Jei vieną fotoną sugebėtume priversti darbą atlikti tūkstantį ar dvidešimt tūkst. kartų, problema būtų išspręsta, – pasakojo fizikas. – Idėja – patalpinti fotoną tarp dviejų veidrodžių – vienas ant erdvėlaivio, kitas – žemėje. Jei iškeltume į orbitą platformą, turėtume lazerį, laivą ir galėtume bandyti nukeliauti į Mėnulį.“
Tiesa, įranga turėtų būti nemenka – veidrodžio skersmuo turėtų siekti 50 metrų, o orbitoje esančio lazerio galia turėtų siekti 10 gigavatų. Jei norėtume keliauti iki Kentauro Alfos, įranga atitinkamai turėtų būti dar galingesnė.
Tokiu būdu kelionė iki Mėnulio užtruktų 14 valandų.
Ant stalo telpantys greitintuvai
Dar vienas egzotiškas, tačiau įgyvendinamas šviesos pritaikymo būdas yra šviesa paremti lazeriniai greitintuvai, kurie leistų didžiulius, kilometrus užimančius gremėzdiškus iš supermagnetų pagamintus įrenginius pakeisti ant stalo telpančiais mobiliais ir kompaktiškais dalelių greitintuvais.
„Jei įsivaizduotume adatą, aplink ją susidaro „ežiukas“ – čia būtų mikroapdirbimui tinkama konfigūracija, bet jei nukreiptume elektrinį lauką išilgai adatos, galėtume gauti tiesinį greitintuvą, – pasakojo S.Orlovas. – Tiesinis greitintuvas yra pakankamai įdomi idėja, nes dažniausia, jei kalbame apie greitintuvus, mes juose naudojame supermagnetus, kurie pagaminti iš superlaidinikų, jie yra nekompaktiški. Jei su lazerio šviesa sugebėtume pagaminti tokias optines adatas, kuriose elektronai arba protonai galėtų greitėti, tai iš principo gautume kompaktiškas sistemas.“
Viena iš praktinių greitintuvų pritaikymo idėjų yra jų panaudojimas medicinoje. S.Orlovas teigia, kad dabar tokie dalelių greitintuvai naudojami gydant odos vėžį – elektronai pagreitinami ir jais apšvitinamos vėžio ląstelės. Jei tai giluminio vėžio rūšis, tuomet greitinami protonai, kurie įsiskverbia dešimtis centimetrų į žmogaus kūną.
