Nacionalni projekti

arrs1.png

 

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: izr. prof. dr. Rok Petkovšek
  • Veda: Tehniške vede 
  • Sodelujoče RO: Povezava
  • Sestava projektne skupine: Povezava
  • Bibliografske reference: Povezava
Vsebinski opis projekta:

Današnja industrija vedno bolj uporablja in razvija laserske mikro-obdelovalne procese, kjer je želena natančnost in velika hitrost obdelave. Te zahteve se v laserskih obdelovalnih sistemih neposredno prenašajo na dve njegovi ključni komponenti: laserski vir in skenirni sistem. Slednji mora zagotavljati predvsem visoko hitrost. Laserski vir pa mora poleg visoke natančnosti prav tako ustrezati zahtevi po visoki hitrosti in s tem prilagodljivosti v smislu možnosti učinkovite sinhronizacije s skenirnim sistemom.

Najnovejše in še posebej prihajajoče generacije poligonskih in resonančnih skenerjev že omogočajo izjemne hitrosti skeniranja. Tako na primer hitrost potovanja žarka po vzorcu v primeru poligonskih skenerjev lahko dosega več km/s.  Problem pa predstavlja njihova konstantna hitrost, ki pri uporabi standardnih laserskih pulznih virov (konstantna frekvenca ponavljanja), omogoča izdelavo le strukture s konstantnim razmikom na vzorcu. Podoben problem nastane v primeru resonančnih skenerjev, ki so zahtevni za sinhronizacijo zaradi njihovega nelinearnega odziva (resonančni odziv – sinusno nihanje). V obeh primerih je rešitev generacija laserskega pulza na zahtevo s trajanjem ps/fs območju.

Iz potrebe po zelo visokih hitrostih skeniranja in visoki natančnosti pozicioniranja laserskega pulza na vzorcu, lahko ocenimo potrebno časovno resolucijo pulzov na zahtevo: pri hitrosti skenerja 2 km/s in zahtevani natančnosti 5-10 µm potrebujemo laserski pulz na zahtevo s časovno resolucijo pod 5 ns, kar sodobni laserski sistemi ne omogočajo.

Cilj projekta so raziskave laserskih sistemov z ultra kratkimi pulzi (ps/fs območje), ki ustrezajo zgornjim zahtevam. Predlagan koncept temelji na neposredno krmiljenem vzbujevalnem viru. Za razliko od obstoječih, ki so osnovani na oscilatorjih z vklepanjem faze, bomo uporabili laserske diode tipa DFB, katere omogočajo takšen način krmiljenja, torej popolnoma poljubno generacijo pulzov na zahtevo.

Za dosego zgoraj omenjenega cilja bomo uporabili tri ključne prebojne inovativne rešitve:

Prvič: spektralno neustrezne laserske pulze iz laserske diode bomo 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. Preoblikovanje bo potekalo tudi s pomočjo prostorskega modulatorja svetlobe (SLM).

Drugič: nadaljnji izvirni pristop k realizaciji cilja bo uporaba zoženih vlaken z zelo majhnim premerom (tapered fibers), s čimer bomo nadomestili kompleksna PCF vlakna, ki se sicer uporabljajo v takih primerih. Uporaba zoženih optičnih vlaken v sistemu CPA bo omogočila ustrezno spektralno razširitev spektra vzbujevalne diode, ki je ključna za delovanje takšnih sistemov.

Tretjič: za optimizacijo spektralnega preoblikovanja in s tem celotnega predlaganega laserskega sistema bomo raziskali in razvili inovativen in izvirni, visoko občutljiv sistem za analizo ultrakratkih laserskih pulzov na osnovi metode FROG. Raziskave na tem sklopu bodo potekale v tesnem sodelovanju z skupino, katero vodi prof. dr. Rick Trebino. Prof. Trebino  je svetovna avtoriteta na tem področju saj je izumitelj več metod za karakterizacijo ultra hitrih laserskih pulzov. Sistem za karakterizacijo pulzov predstavlja tudi enega od ključnih rezultatov projekta. Z njegovo pomočjo bomo lahko analizirali preoblikovan in razširjeni spekter, dobljen pri različnih tipih zoženih vlaken, kar bo pomagalo pri kompenzaciji nelinearne faze z uporabo SLM modulatorja.

S predlaganim laserskim sistemom bo možno polno izkoristiti potencial hitrih skenirnih sistemov nove generacije – oziroma bo omogočena popolna in poljubna sinhronizacija med pulznim laserskih virom ter skenirnim sistemom. V nadaljevanju se bodo takšnimi sistemi, odprla 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:
  1. Raziskave in nadgradnja merilne metode FROG
  2. Vzbujevalni vir na osnovi DFB laserske diode
  3. Razvoj zoženih vlaken -Taperjev
  4. Predpriprava vzbujevalna pulza na ojačevanje do visokih energij
  5. Ojačevanje in kompresija razširjenih laserskih pulzov

 

Realizacija projekta poteka po predvidenem načrtu.