Projekti / Programi
Ultrakratki laserski pulzi na zahtevo
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.10.00 |
Tehnika |
Proizvodne tehnologije in sistemi |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T165 |
Tehnološke vede |
Laserska tehnologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.03 |
Tehniške in tehnološke vede |
Mehanika |
Laserska tehnika, vlakenski laserji, pulzi na zahtevo, karakterizacija ultrahitri laserskih pulzov
Raziskovalci (12)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
32091 |
dr. Vid Agrež |
Tehnološko usmerjena fizika |
Raziskovalec |
2018 - 2021 |
86 |
| 2. |
38760 |
dr. Luka Černe |
Proizvodne tehnologije in sistemi |
Raziskovalec |
2018 - 2021 |
19 |
| 3. |
32339 |
dr. Blaž Kavčič |
Fizika |
Raziskovalec |
2018 - 2020 |
33 |
| 4. |
24380 |
dr. Blaž Kmetec |
Tehnološko usmerjena fizika |
Raziskovalec |
2020 - 2021 |
5 |
| 5. |
52343 |
Jernej Jan Kočica |
Proizvodne tehnologije in sistemi |
Tehnični sodelavec |
2019 - 2021 |
20 |
| 6. |
37953 |
dr. Jaka Mur |
Proizvodne tehnologije in sistemi |
Raziskovalec |
2018 - 2021 |
52 |
| 7. |
32338 |
dr. Vid Novak |
Računalniško intenzivne metode in aplikacije |
Raziskovalec |
2018 - 2019 |
13 |
| 8. |
35427 |
dr. Jaka Petelin |
Fizika |
Raziskovalec |
2018 - 2021 |
54 |
| 9. |
15646 |
dr. Rok Petkovšek |
Proizvodne tehnologije in sistemi |
Vodja |
2018 - 2021 |
273 |
| 10. |
12752 |
dr. Boštjan Podobnik |
Fizika |
Raziskovalec |
2018 - 2021 |
62 |
| 11. |
35440 |
Marko Šajn |
Proizvodne tehnologije in sistemi |
Tehnični sodelavec |
2018 - 2020 |
5 |
| 12. |
39197 |
dr. Peter Šušnjar |
Tehnološko usmerjena fizika |
Mladi raziskovalec |
2018 - 2020 |
12 |
Organizacije (2)
Povzetek
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 razi
Pomen za razvoj znanosti
Projekt je zasnovan aplikativno, pri čemer bo združil in nadgradil znanja za karakterizacijo in preoblikovanje laserskega izhoda pulzne vzbujevalne diode. Takšna inovativna rešitev bo omogočila uporabo CPA sistema za doseganje velike vršne moči laserskega sistema.
Kot ključni pomen za razvoj znanosti in stroke izpostavljene naslednje novosti:
Generacija ultrakratkih pulzov na zahtevo obdelovalnega sistema, s čimer bo izkoriščen polni potencial skenirnega sistema in omogočeno povsem novo področje potencialnih aplikacij visoko natančnega in ultra-hitrega laserskega mikro-procesiranja ter s tem povezanih novih raziskovalnih smeri.
Že omenjeno spektralno preoblikovanje vzbujevalnega laserskega pulza preko spektralnega širjenja z uporabo pojava samoinducirane fazne modulacije (SPM) in korekcija nelinearnega prispevka za kasnejšo učinkovito kompresijo pulza odpira nov način za uporabo in tudi nadaljnji razvoj nelinearne optike optičnih vlaken.
Izvirni pristop uporabe zoženih vlaken z zelo majhnim premerom (tapered fibers) za povečanje nelinearnosti valovoda in s tem spektralne razširitve. S tem bomo nadomestili kompleksna PCF vlakna, ki se sicer uporabljajo v takih primerih. Uporaba zoženih optičnih vlaken v sistemih CPA predstavlja izviren rezultat projekta, s katerim bo možno začeti raziskave novih tipov CPA sistemov.
Razvoj in izdelava izvirnega, visoko občutljivega sistema za analizo ultrakratkih laserskih pulzov na osnovi metode FROG, ki predstavlja tudi enega od ključnih rezultatov projekta. Razvoj te metode bo doprinesel k znanstvenim dognanjem, saj bo veliko pozornosti posvečene poznavanju in nadzoru evolucije spektra in oblike pulzov znotraj laserskega sistema.
Projektni partner FS-FOLAS bo aktivno skrbel za širitev novih rezultatov in dognanj, za kar je predviden delovni sklop 6. Diseminacija je predvidena z znanstvenimi članki, udeležbo na konferencah ter gostovanjem raziskovalcev s sorodnih delovnih področij iz držav članic EU ter širše. Predvsem pričakujemo veliko zanimanje za rezultate projekta , saj je skupina imela v zadnjem letu dve vabljeni predavanji s področja manipulacije laserskih pulzov v povezavi z obdelovalnimi sistemi
Pomen za razvoj Slovenije
Rezultati projekta imajo potencial okrepiti pozicijo industrijskega partnerja na trgu laserskih obdelovalnih sistemov. Predlagane raziskave bodo uporabile nove in inovativne principe generiranja pikosekundnih pulzov, primernih za zahtevne obdelovalne procese pri zelo visokih hitrostih obdelave, kamor se tudi razvija trg laserskih obdelovalnih tehnologij. Prednost predlaganih rešitev je njihova odprtost za nadaljnji razvoj in vključitev morebitnih produktov v tržno shemo podjetja.
Raziskave na zoženih vlaknih kot elementih za spektralno razširitev pikosekundnih pulzov, primernih za ojačevanje v iterbijevih ojačevalnikih, imajo potencial zaobiti s patenti zaščiteno področje uporabe standardnih pristopov, ki temeljijo na optičnih vlaknih PCF ter utreti industrijskemu partnerju novo pot na trg CPA sistemov.
Tako bo podjetje LPKF pridobilo nove tehnološke rešitve za realizacijo vlakenskih laserskih sistemov. Slednje je visokega pomena za podjetje, saj zaradi modernizacije trga laserskih virov v obdelovalnih sistemih ti zamenjujejo trdinske laserje z vlakenskimi laserji.
Poleg tehnoloških rešitev bo podjetje še okrepilo stik z akademsko sfero in navezalo močnejši stik s študenti, ki bodo prav tako dejavni na projektu v obliki izdelav diplomskih in magistrskih nalog.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo
