MOKSLASplius.lt

Šviesolaidinių lazerių kūrėjų gretose (2)

Pradžia Nr. 8


Mokslo Lietuvos redakcijoje bendraujame su Mičigano universiteto (Mičigano valstija, JAV) profesoriumi Almantu Galvanausku, dirbančiu šviesolaidinių lazerių kūrimo ir tobulinimo srityje, ir Fizikos instituto mokslo darbuotoju dr. Vidimantu Kabelka.


Truputį ribojantis su fantastika


Įdomu pastebėti, kad paties Almanto Galvanausko vadovaujamos grupės atliekami darbai yra labai novatoriški ir net ribojasi su šiokia tokia fantastika – bent jau šiandienos požiūriu. Kad būtų aiškiau, pradėsime kiek iš toliau.

Niekam ne paslaptis, kad šiuolaikinėje elektronikoje ir mikroelektronikoje nProf. Almantas Galvanauskas „Mokslo Lietuvos“ redakcijojeaudojamų lustų (angl. chip) ir atminčių dydžiai nuolat mažėja. Šios technologijos pagrindas – litografija, ar net fotolitografija. Taikant fotošablonus ir kitas technologines subtilybes pasiseka į ploto vienetą sutalpinti milžiniškus kiekius elementų ir struktūrų, kurių funkcijas anksčiau atlikdavo tranzistoriai. Kuo mažesni iš tokių struktūrų pagamintieji lustai, tuo tobulesni – greitaveikiškesni, didesnės skiriamosios gebos – iš jų pagamintieji įtaisai. Maždaug kas 18 mėnesių pasaulyje padvigubėja į lustą „talpinamų“ tranzistorių kiekis, didėja atmintis, bet artėja ir įsotinimo riba. Norint tą ribą atitolinti, naudojama vis trumpesnio bangos ilgio spinduliuotė ir taip tarsi dar labiau „mažinamas“ atstumas tarp lusto struktūrinių elementų. Dar metai kiti ir bus pasiektas 13,5 nm (nanometro) bangos ilgis, o tai jau minkštų rentgeno spindulių arba ekstremalaus ultravioleto diapazono riba.

Norint tokios spinduliuotės šaltinius naudoti, tektų įveikti daugybę didelių sunkumų. Visų pirma nėra paprasta tokius spindulius generuoti. Pasak A. Galvanausko, galima taikyti du metodus: lazerinį arba tiesioginės iškrovos plazmą. Karšta plazma gali sukurti tokius spindulius. Norint juos valdyti tenka kurti beveik idealaus atspindžio veidrodžių paviršius. Yra ir kitų problemų. Esant tokio trumpo bangos ilgio spinduliuotei sunkiai veikia fotorezistai, todėl tenka naudoti didelės galios spinduliavimą: ne tik labai trumpo bangos ilgio, bet ir mažiausiai 100 W galios.

Taikant lazerinį šių spindulių gavimo metodą labai trumpas ir didelės galios spindulys pataiko į taikinį ir jį akimirksniu paverčia karšta plazma, kuri ir spinduliuoja norimus gauti minkštus rentgeno spindulius. Tokio proceso našumas labai mažas, siekia ne daugiau kaip porą procentų. Norint sugeneruoti 100–200 W galios spindulius, tenka naudoti 10–20 kW galios lazerį. Visa tai bandoma padaryti kieto kūno lazerių technologijomis, bet džiaugtis kol kas nėra kuo: tie kieto kūno didelės galios lazeriai pernelyg sudėtingi, didelių matmenų ir brangūs, tad praktiškai tokias technologijas naudoti būtų pernelyg didelė prabanga.

Prieš 3–4 metus A. Galvanauskas iškėlė mintį, kad šiems tikslams būtų galima panaudoti šviesolaidžius, bet nelabai ką tuo savo pasiūlymu įtikino. Skeptikų argumentai atrodė labiau įtikinami: girdi, maža šviesolaidžių šerdimi sunku būtų generuoti didesnės galios ir intensyvumo spindulius.

Kad pasakojimas būtų egzotiškesnis, pasakysime, kad A. Galvanauskui teko lankytis vienoje agentūroje, finansuojančioje superinovacinius projektus, kurie sveiko proto požiūriu atrodo visai nerealūs. Juokaujama: norint, kad tavo projektą finansuotų, reikia pažeisti bent vieną fizikos dėsnį... Tai štai A. Galvanauskas, matyt, pažeidė ne vieną, bet kelis fizikos dėsnius, kadangi minėtoje agentūroje išgirdo savo pasiūlymui nuosprendį: šviesolaidiniais tipiniais lazeriais niekados tokių spindulių nepavyks generuoti.

Praėjo labai nedaug laiko ir A. Galvanauskas su savo grupe įrodė, kad ir iš pirmo žvilgsnio neįmanomus dalykus fizikams kartais pavyksta padaryti. Šių tyrėjų grupė pademonstravo, kad šviesolaidiniu lazeriu puikiausiai galima sugeneruoti panašios reikalingos galios spindulius kaip ir kieto kūno lazeriais. Svarbiausia buvo įrodyti, kad iš principo tai įmanoma, galima įveikti ir technologinius sunkumus.

Šiuo metu A. Galvanauskas tęsia tos krypties darbus su kita tyrinėtojų grupe, užsibrėžęs gauti didelės galios spinduliuotę. Tenka įveikti daugybę vis naujų sunkumų. Tyrėjams jėgų teikia įsitikinimas, kad šviesolaidinėms technologijoms gali priklausyti fotolitografijos ateitis. Ekonomine prasme būtų atliktas milžiniškas technologinis šuolis į priekį, nes šviesolaidiniai lazeriai jau šiuo metu yra dešimtis kartų našesni už kieto kūno lazerius. Jau nekalbant apie patikimumą, daug mažesnius matmenis ir daugelį kitų privalumų.