Lazeriams skirtas gyvenimas (3)
Pabaiga, 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. Šerdis – tai lazerio širdis
Su A. Galvanausku bendravome tuo metu, kai jis jautėsi peršokęs vieną svarbų savo mokslinės veiklos barjerą, o kito savo kelyje dar lyg ir nematė. Žodžiu, jautėsi kaip čempionas, įveikęs rekordinį aukštį ar kitą svarbią ribą.
Maždaug prieš 3,5–4 metus lietuviui kilo originalus sprendimas, kaip galima veiksmingiau sukurti labai dideles šerdis šviesolaidiniams lazeriams, kurios nebūdamos vienamodėmis praktiškai veiktų kaip vienamodės. Vienamodiškumas – tai turėti difrakciškai apribotus spindulius, aukščiausios kokybės spinduliavimą. Tokius spindulius galima fokusuoti net iš labai didelio atstumo. Žodžiu, siekiama gauti ne tik didelės galios, bet ir geros kokybės spindulį.
Tam ir seniau buvo naudojamos didelės, bet netobulos šerdys. Netobulumas tas, kad generuoja ir palaiko daug modų. Visi šviesolaidinių lazerių kūrėjai, tobulintojai ir taikytojai tą šerdžių netobulumo problemą pripažino ir mėgino ieškoti būdų, kaip jos išvengti. Kelios tyrinėtojų grupės siūlė savo sprendimus, tarp jų ir A. Galvanausko grupė. Oficialiai spaudoje apie tai neskelbė dėl patentavimo ir darbų finansavimo subtilybių.
Žodžiu, dabar eksperimentiškai A. Galvanauskas su bendradarbiais parodė, kad problema išsprendžiama: gali būti pagamintos labai didelės šerdys, veikiančios kaip vienamodės. Taigi vienas svarbiausių parametrų norint gauti aukštos kokybės šviesos spindulį gali būti pasiektas.
Principas lyg ir paprastas: jeigu šerdis daugiamodė, tai jos šviesolaidinę struktūrą reikia taip sukonstruoti, kad aukštesnės modos būtų labai nuostolingos ir iškart užgestų. Tada energijos pernaša vyktų kaip vienamodžiame šviesolaidyje.
Kaip sukurti tokią šerdį? Pirma mintis, kuri šauna į galvą – atitinkamai legiruoti strypą. Taip ir darė kiti tyrinėtojai, bet pavyko tik šiek tiek pareguliuoti šerdies savybes, bet ne iš esmės pagerinti.
A. Galvanausko idėja kitokia: jis pamėgino panaudoti skirtumą tarp modų simetrijos. Pagrindinė moda labiausiai simetriška, nes ji visiškai plokščia, tolygi, o visos kitos modos pasižymi poliariškumu. A. Galvanauskas pasinaudojo aukštesne šviesos lauko struktūra erdvėje. Sugalvojo principą, kaip pasinaudoti simetrijos skirtumu. Pagrindinė moda „keliauja“ su labai mažais nuostoliais, beveik negesdama, o žemesnės simetrijos modos gęsta. Aukščiausios erdvinės kokybės pagrindinė moda spindulyje vyrauja, ir ši erdvinė kokybė teikia galimybę sufokusuoti difrakciškai apribotą tūrį. Aukštesnio lygio moda leidžia maksimaliai sufokusuoti spindulį į didesnį tūrį.
Galime pažvelgti ir kitaip. Tarkime, spindulį reikia sufokusuoti į tam tikrą erdvės dalį. Kuo didesnė spindulio kokybė, tuo iš didesnio atstumo galima sufokusuoti. Praktiniuose taikymuose tai labai svarbu. Turint labai geros erdvinės struktūros difrakciškai apribotą pagrindinę modą, ją galima puikiausiai fokusuoti. Erdvinės struktūros, neturinčios fokusavimui tinkamos modos, sunkiai pasiduoda, kitaip tariant, fokusuojamos į didesnį plotą. Kiekvieno šviesolaidžio strype ar šerdyje galima gauti tik vieną pagrindinę modą, o visos kitos yra aukštesnės, ir kuriant šviesolaidinį lazerį yra tarsi parazitinės, nes mažina lazerio našumą. Vienas svarbiausių lazerių kūrimo kriterijų – kurti aukščiausios kokybės modas. Nors A. Galvanauskas neneigia ir išimčių: kartais norima gauti specialiems tikslams aukštesnės eilės modas. Vis dėlto tai reti atvejai. Jeigu lazeryje yra daug modų, jas galima aprašyti entropijos požiūriu. Tokio lazerio spindulys bus „triukšmingas“, o vienamodžių lazerių entropija, t. y. nuostoliai, yra minimalūs. Generuojant daugiamodį spindulį, jo kokybės neįmanoma pagerinti. Tai seka iš fundamentinės termodinamikos dėsnio.
Naujos technologijos plinta per žmones
A. Galvanausko privalumas, stiprioji veiklos dalis ta, kad fundamentinio mokslo žinias jis sugeba panaudoti taikomųjų užduočių sprendimui – ligi prietaiso sukūrimo. Dirba su įvairiais partneriais, kurie tobulina prietaisų prototipus, taikomus pramonėje. Paties A. Galvanausko tyrimų grupė Mičigano universitete nėra didelė, ją sudaro 8 žmonės, daugiausia studentai. Tai JAV mokslo ir studijų principas: tyrinėjimus atlieka jauni žmonės, dažnai studentai. Įdarbinami ir mokslininkai tyrėjai; vieną tokį savo grupėje turi ir Almantas. Metams gali būti įdarbinti ir jauni tyrėjai, po doktorantūros studijų atvažiuojantys pasitobulinti. Bet pagrindinė darbo jėga bent jau Almanto grupėje – studentai. Studijuodami universitete jie įgyja mokslinio darbo įgūdžių, kartu atlieka ir gerų praktinių darbų. Sistema gerai veikia, nes studentai paprastai kupini naujų idėjų, o baigę universitetą tampa geriausiais tų idėjų skleidėjais. Jeigu žmogus 20 metų dirbo su kitokia aparatūra ar priemonėmis, tai labai nelengva jį palenkti prie naujos technologijos, kurios plinta tik per suinteresuotus žmones.
Ką A. Galvanauskas mano apie mokslo institutų veiklos modelį, dėl kurio ateities Lietuvoje diskutuojama ne vieni metai? Pripažįsta, kad institutai turi savų privalumų. Jie daug našesni dariniai, nes nuolat vienoje mokslo kryptyje dirbantys tyrėjai įgyja tikrų profesionalams būdingų žinių ir įgūdžių. Su studentais kurti mokslą gal ir nėra pats našiausias būdas. Juk į tokią tyrinėjimų grupę, kuriai vadovauja A. Galvanauskas, atėję nauji studentai iš pradžių mažai ką sugeba nuveikti. Kitas dalykas, kad pasaulyje nėra labai daug tokių institucijų, kurios užsiima tik mokslu. Galima priminti, kad General Electric ar IBM bendrovės turi savo tyrimų institucijas ar padalinius, bet labiau įprasta akademinio mokslo ir studijų, t. y. universitetinė sistema. Mat jeigu studentai mokėtų tik teoriją, bet neįgytų praktinių mokslinio darbo įgūdžių, tai būtų ne kažin kokie specialistai. JAV norint apsiginti fizikos srities mokslų daktaro disertaciją, reikia atlikti gerą eksperimentą, dirbti priešakinėse mokslo gretose, išspausdinti gerų mokslinių straipsnių.
