fVPd0EwX 400x400Na temat osiągnąć Arthura Ashkina, Gérarda Mourou i Donnie Strickland w dziedzinie technik laserowych, za które otrzymali wczoraj nagrodę Nobla, wypowiada się prof. dr hab. Roman Ciuryło, dyrektor Krajowego Laboratorium Fizyki Atomowej, Molekularnej i Optycznej i pracownik Wydziału Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej UMK.






Czym są te “pęsety optyczne” oraz jakie jest ich zastosowanie?

Za pomocą optycznej pęsety możemy manipulować na przykład niewielkimi przeźroczystymi obiektami. Każdy z nas pewnie widział szklankę wody lub szklaną kulę. Promienie światła przechodzące przez taki przeźroczysty obiekt załamują się, jeśli tylko prędkość rozchodzenia się światła w tym obiekcie jest inna niż w jego otoczeniu. Dlatego, zresztą takie obiekty są dla nas widoczne, bez ugięcia promieni światła nie moglibyśmy ich dostrzec. Z ugięciem światła czyli odchylaniem toru ruchu fotonów wiąże się również pewna niewielka siła, która działa na taki przeźroczysty obiekt. Okazuje się, że jeżeli poświecimy nań światłem albo wiązką laserową, która będzie miała większe natężenie w swoim środku, a małe na bokach, to wypadkowa siła będzie skierowana do wnętrza tej wiązki, gdzie jest duże natężenie światła. Mając do dyspozycji silne światło laserowe uzyskiwane siły są na tyle duże, że niewielkie obiekty takie jak drobinki kurzu można z łatwością unosić i przemieszczać jedynie przy pomocy światła. Arthur Ashkin tak naprawdę jeszcze w 1970 roku opisał to zjawisko i stało się ono obiektem wielu badań. Jednak to na co szczególnie zwrócili uwagę eksperci Komitetu Noblowskiego, to wykorzystanie tej techniki laserowego manipulowania obiektami, w eksperymentach, umożliwiających złapanie obiektów biologicznych, takich jak bakterie i wirusy. Jego prace z roku 1987, opublikowane w magazynach Science i Nature, demonstrowały jak złapać i nie zniszczyć takie obiekty. Prace te zainicjowały szereg niemożliwych dotąd manipulacji obiektami biologicznymi na poziomie komórkowym, stwarzając tym samym zupełnie nową dziedzinę badań.

Na czym polega “fotografowanie” intensywnych i ultraszybkich pulsów laserowych, które opracowali Gérard Mourou i Donnie Strickland?

Krótkie impulsy umożliwiają otrzymywanie bardzo dużych natężenia światła. Jednak światło może być na tyle silne, że występujące w nim natężenie pola elektryczne staje porównywalne lub większe niż natężenie pola elektrycznego utrzymującego elektrony krążące wokół jąder atomowych. To oznacza, mówiąc kolokwialnie, że w gruncie rzeczy można kompletnie rozwalić atomy a co za tym idzie i materię z nich zbudowaną, za pomocą odpowiednio dużych natężeń światła. Problem polega na tym, że jeżeli zaczynamy pracować z takim światłem, to ciężko jest je wzmacniać, ponieważ cokolwiek włożymy w taką wiązkę, to światło nam tą materię zniszczy. Aby obejść ten problem Gérarda Mourou i Donnie Strickland skorzystali z tego, iż krótkie impulsy światła zawierają w sobie szeroki zakres częstotliwości, które w przypadku światła widzialnego postrzegamy jako kolory. Zbudowali układ optyczny w którym poszczególne częstotliwości czyli kolory tego pulsu zostały rozsunięte w czasie, trochę tak jak w przestrzeni można rozsuną kolory za pomocą pryzmatu otrzymując tęczę. Tak rozciągnięty w czasie impuls światła ma już znacznie mniejsze chwilowe natężenie i może zostać wzmocniony. Następnie w podobny sposób trzeba zsunąć w czasie wszystkie częstotliwości i z powrotem uzyskać krótki puls światła jednak już o znacznie większym natężeniu. Technika ta pozwala uzyskiwać natężenia znacznie większe niż te wynikające z progu zniszczenia materii atomowej.

Kapituła noblowska podkreśliła ogromną rolę laserów w rozwoju techniki, a nawet życiu człowieka, ponieważ przemysł, nauka i medycyna. Na czym polega przełomowość badań nad laserami tegorocznych noblistów?

Warto zdać sobie sprawę, że “odkrycia”, która dzisiaj są doceniane, miały tak naprawdę miejsce ponad trzydzieści lat temu. Od tamtego czasu zdążyły płynnie wejść w obieg techniki i nauki, stając się pewnym standardem. Oprócz tworzenia najpotężniejszych laserów impulsowych, te techniki są stosowane do tego, by wytwarzać pojedyncze fotony w procesach nieliniowych. A te z kolei przydatne między innymi w kryptografii kwantowej. Lasery znajdują wiele zastosowań, od odtwarzania płyt CD, po obrazy wyświetlane laserowo w projektorach czy mikrochirurgiczny operacjach oczu. Lasery generują dzisiaj najdokładniejsze wzorce częstotliwości i czasu, w związku z tym wykorzystuje się je w nawigacji, inżynierii, do konstrukcji żyroskopów i dalmierzy. Spektroskopia laserowa umożliwia dokładnie badania składu różnego rodzaju materiałów: ciał stałych, cieczy i gazów. Pozwala szukać substancji niebezpiecznych czy trujących. Powszechnie wykorzystywana jest w pracy służb porządkowych, ratowniczych, medycynie, monitoringu środowisko naturalne i zmian klimatycznych a nawet w segregacji odpadów. Trudno wyobrazić sobie współczesną technologię bez laserów.

42924546 1917053591744938 5128491680739098624 o