Raziskovalni projekti so (so)financirani s strani Javne agencije za raziskovalno dejavnost
- Članica UL: UL Fakulteta za strojništvo
- Šifra projekta: L2-9240
- Naslov: Ultrakratki laserski pulzi na zahtevo
- Trajanje: 01.07.2018 – 30.06.2021
- Letni obseg: 0,67
- Vodja: prof. dr. Rok Petkovšek
- Veda: Tehniške vede
- Sodelujoče RO: Povezava
- Sestava projektne skupine: Povezava
- Bibliografske reference: Povezava
Vsebinski opis projekta:Projekt se je osredotočil na raziskave laserskih sistemov z ultra kratkimi pulzi (ps/fs območje), ki omogočajo sinhronizacijo s skenirnimi sistemi visokih hitrosti pri časovni resoluciji 5 ns za natančno pozicioniranje laserskega pulza na vzorcu. S tem se je naslovilo potrebe industrije po obdelovalnih sistemih za laserske mikro-obdelovalne procese, kjer je želena natančnost in velika hitrost obdelave.
Uspešno je bil raziskan nov koncept laserja z ultrakratkimi pulzi na zahtevo, ki temelji na neposredno krmiljenem vzbujevalnem viru. Za razliko od obstoječih laserskih virov, ki so osnovani na oscilatorjih z vklepanjem faze (delujoči pri konstantni frekvenci), smo uporabili laserske diode tipa DFB, katere omogočajo napredno krmiljenje in posledično popolnoma poljubno generacijo pulzov na zahtevo.
Za realizacijo laserja z ultrakratkimi pulzi na zahtevo se je rešilo izziv modifikacije laserskih pulzov nizkih vršnih moči in trajanja nekaj več kot 50 ps iz DFB vzbujevalne diode v laserske pulze velikih vršnih moči s trajanjem reda pikosekund pri poljubnem zaporedju pulzov.
Tako smo spektralno neustrezne laserske pulze iz laserske diode smo s pomočjo nelinearnih optičnih pojavov (samo inducirane fazne modulacije – SPM) ustrezno spektralno preoblikovali na način, da bodo primerni za ojačevanje v sistemu MOPA po principu CPA (t.i. linearni chirp) v aktivnih optičnih vlaknih. Ustrezno spektralno razširitev vzbujevalne diode smo realizirali na način, ki omogoča kompaktnost laserskega vira in se izogne uporabi PCF vlaken (kompleksnejša izvedba). Preučili in vključili smo rešitve, kot je uporaba zoženih vlaken z zelo majhnim premerom (tapered fibers), kot tudi širjenje spektra v krožnem ojačevalcu z uporabo klasičnih optičnih vlaken.
Nazadnje smo za optimizacijo spektralnega preoblikovanja in s tem celotnega laserskega sistema raziskali in razvili inovativen in izvirni, visoko občutljiv sistem za analizo ultrakratkih laserskih pulzov na osnovi metode FROG. Raziskave na tem sklopu so potekale v tesnem sodelovanju s skupino, katero vodi prof. dr. Rick Trebino. Prof. Trebino (Georgia Institute of Technology). Sistem za karakterizacijo pulzov predstavlja tudi enega od ključnih rezultatov projekta. Z njegovo pomočjo smo lahko analizirali preoblikovan in razširjeni spekter, kar je pomagalo pri kompenzaciji nelinearne faze pridobljene pri preoblikovanju spektra iz vzbujevalne diode ter tekom ojačevanja v vlakenskih/ hibridnih ojačevalnikih.
Z raziskanim laserskim virom je možno polno izkoristiti potencial hitrih skenirnih sistemov nove generacije – oziroma je omogočena popolna in poljubna sinhronizacija med pulznim laserskih virom ter skenirnim sistemom. Pričakujemo, da bo takšen sistem v nadaljevanju pomagal odpreti povsem nova področja potencialnih aplikacij visoko natančnega in ultra-hitrega laserskega mikro-procesiranja in s tem povezanih novih raziskovalnih smeri.
Faze projekta in njihova realizacija:
Vse faze projekta so bile realizirane v celoti:
Raziskave in nadgradnja merilne metode FROG / realizirano
Vzbujevalni vir na osnovi DFB laserske diode / realizirano
Razvoj zoženih vlaken -Taperjev / realizirano
Predpriprava vzbujevalna pulza na ojačevanje do visokih energij / realizirano
Ojačevanje in kompresija razširjenih laserskih pulzov / realizirano
Bibliografske reference, ki izhajajo neposredno iz izvajanja projekta
[1] P. Šušnjar, T. Jones, R. Trebino, R. Petkovšek, ‘Crystal-Configuration Considerations for Higher-Sensitivity Picosecond-Pulse SHG FROG’, IEEE J. Quantum Electron., vol. 56, no. 2, pp. 1–8, Apr. 2020, [COBISS.SI-ID 17035547]
[2] T. Jones, P. Šušnjar, P. Petkovšek, and R. Trebino. High-sensitivity, simple frequency-resolved-optical-gating device. IEEE journal of quantum electronics. 2020, vol. 56, iss. 3, str. 1-6 [COBISS.SI-ID 16641283]
[3] R. Podlipec, J. Mur, J. Petelin, J. Štrancar, R. Petkovšek. Two-photon retinal theranostics by adaptive compact laser source. Applied physics. A, Materials science & processing. 2020, vol. 126, iss. 6, str. 1-9,[COBISS.SI-ID 14993923]
[4] V. Agrež, T. Požar, R. Petkovšek, ‘High-speed photography of shock waves with an adaptive illumination’, Opt. Lett., vol. 45, no. 6, pp. 1547–1550, Mar. 2020 [COBISS.SI-ID 17080347]
[5] L. Černe, J. Novak, V. Agrež, R. Petkovšek, ‘Optimization of a supercontinuum source based on tapered ordinary fibers’, Laser Phys., vol. 29, no. 2, p. 025103, 2019, [COBISS.SI-ID 16453659]
[6] L. Černe, J. Petelin, R. Petkovšek. Adaptive nonlinear phase compensation in a femtosecond hybrid laser with varying pulse repetition rate. Photonics. Sep. 2021, vol. 8, iss. 9, f. 1-10, [COBISS.SI-ID 76393731]
[7] L. Černe, J. Petelin, R. Petkovšek, ‘Femtosecond CPA hybrid laser system with pulse-on-demand operation’, Opt. Express, vol. 28, no. 6, pp. 7875–7888, Mar. 2020, [COBISS.SI-ID 17063707]
[8] V. Agrež and R. Petkovšek, ‘Highly adaptable gain-switched fiber laser with improved efficiency’, Opt. Express, vol. 27, no. 9, pp. 12100–12109, Apr. 2019, [COBISS.SI-ID 16599835]
[9] M. Marš, R. Petkovšek, V. Agrež, ‘Pump control based pulse on demand operation of frequency doubled Nd:YVO4. Optics and laser technology, Aug. 2022, vol. 152, str. 1-6, [COBISS.SI-ID 106326531]
[10] L. Černe, P. Šušnjar,R. Petkovšek. Compensation of optical nonlinearities in a femtosecond laser system in a broad operation regime. Optics and laser technology, Mar. 2021, vol. 135, str. 1-9, [COBISS.SI-ID 36354563]
[11] R. Petkovšek, V. Agrež, J. Petelin, L. Černe, U. Bünting, B. Podobnik. ‘Pulses on demand in fibre and hybrid lasers’. Strojniški vestnik. Nov.-Dec. 2019, vol. 65, no. 11/12, str. 680-689, si 87, [COBISS.SI-ID 16944411]
[12] J. Petelin, L. Černe, J. Mur, V. Agrež, J.J. Kočica, J. Schille, U. Loeschner, R. Petkovšek, Pulse-on-demand laser operation from nanosecond to femtosecond pulses and its application for high-speed processing. Advanced optical technologies. 2021, vol. 10, iss. 4/5, str. 305-314, [COBISS.SI-ID 74192131]
[13] J.Mur, A. Mikelj, B. Podobnik, R. Petkovšek. Precision fabrication of flexible microfluidic circuits using direct laser rapid prototyping solution. Journal of micromechanics and microengineering.,Nov. 2020, vol. 30, no. 11, str. 1-8, [COBISS.SI-ID 24398851],
[14] J.J. Kočica, J. Mur, J. Petelin, R. Petkovšek. Laser-based material interactions and ablation processes by bursts of 70 ps pulses. Optics express. Jul. 2021, vol. 29, no. 15, str. 22868-22882, [COBISS.SI-ID 69644547]
[15] R. Podlipec, J. Mur, J. Petelin, J. Štrancar,R. Petkovšek. Method for controlled tissue theranostics using a single tunable laser source. Biomedical optics express. 2021, vol. 12, no. 9, str. 5881-5893. [COBISS.SI-ID 75069699]