Nowe przestrajalne światłowodowe źródło światła synchronicznie pompowane przy użyciu impulsów o stałej centralnej długości fali.

Nowe światłowodowe źródło światła o unikatowych parametrach

Systemy wielobarwnego obrazowania nieliniowego oraz spektroskopy to aparaty służące m.in. do zaawansowanej diagnostyki medycznej. To także urządzenia, które obecnie są coraz częściej wykorzystywane w biologii lub chemii, bo pozwalają na przestrzenną wizualizację badanej próbki – np. biologicznej lub materiałowej. Systemy takie wymagają źródeł światła o szerokim zakresie strojenia, dostarczających wąskich spektralnie energetycznych impulsów. Do niedawna uzyskanie takich parametrów wiązało się z koniecznością użycia układów optycznych, które są̨ masywne, kosztowne, a na dodatek wrażliwe na zmiany warunków pracy. Są to lasery na ciele stałym, wykorzystujące optykę wolnej przestrzeni. Ostatnio pojawiły się już lasery światłowodowe, które dostarczają przestrajalna wiązkę o odpowiedniej mocy. Dr inż. Katarzyna Krupa z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (IChF PAN) w Warszawie buduje nowe źródło światła, które pozwoli na osiągnięcie mocy i rozdzielczości spektralnej wiązki wyjściowej porównywalnych lub lepszych niż̇ w obecnie istniejących laserach światłowodowych, ale w przeciwieństwie do nich będzie bazować na oscylatorze o stałej centralnej długości fali. Prace badawcze prowadzone są w ramach działania Proof of Concept finansowanego z programu Fundusze Europejskie dla Nowoczesnej Gospodarki 2021-2027 (FENG) i realizowanego przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej.

„Celem projektu jest zbudowanie wielobarwnego źródła światła światłowodowego, które jest przestrajalne spektralnie w szerokim zakresie, co oznacza, że możliwe jest zmienianie długości fali: od światła widzialnego aż do bliskiej podczerwieni. Ponadto źródło to powinno dostarczać impulsów wysoko energetycznych, piko-sekundowych i spektralnie wąskich (czyli mających około 1 nanometra). Są to parametry kluczowe, jeśli źródło światła ma znaleźć zastosowanie w systemach obrazowania nieliniowego (zwłaszcza bazujących na efekcie wymuszonego rozproszenia Ramana) lub w spektroskopii. Nowością będzie zastosowanie do budowy takiego źródła wiązki pompującej o stałej długość fali, czyli laserów, które są dostępne na rynku. Opracowywane przez nas źródło światła będzie przestrajalne w całym zakresie wzmocnienia nieliniowego, dzięki efektowi mieszania czterech fal” – tłumaczy dr inż. Katarzyna Krupa.

Co ważne, nowe źródło światła będzie kompaktowe i nie wymagające kalibracji co jakiś czas. „Konieczność kalibrowania źródeł światła opartych na optyce wolnej przestrzeni jest dosyć kłopotliwa, ponieważ nie każda osoba. korzystając z takiego źródła musi znać się na jego ustawianiu. Kolejną zaletą naszego źródła będzie odporność na zmienne warunki środowiska, takie jak zmiany temperatury czy wilgotności. A zatem będzie to źródło idealne do zastosowań́ poza laboratoriami. Co więcej, nasze źródło będzie też odporne na różne działania mechaniczne – jeśli ktoś dotknie źródła, światło nie zmieni się” – mówi badaczka.

Wyniki otrzymane w toku realizacji projektu Proof of Concept mają pozwolić nie tylko na zbudowanie przestrajalnego światłowodowego źródła światła, ale też na zwiększenie jego poziomu gotowości technologicznej. Wniosek o przyznanie patentu polskiego, a następnie jego rozszerzenie na Europę zostały złożone jeszcze przede rozpoczęciem projektu. „Jeżeli zostanie przyznany nam patent europejski, to będzie można spróbować sprzedać taki patent lub licencję jednej z firm, które już są na rynku i zajmują się opracowywaniem i sprzedażą przestrajalnych źródeł światła” – zaznacza dr inż. Katarzyna Krupa.

Dr inż. Katarzyna Krupa uzyskała stopień doktora w ramach umowy „cotutelle” na Uniwersytecie w Besançon (Francja) i na Politechnice Warszawskiej. Następnie obyła staż podoktorski w dziedzinie optyki nieliniowej w Instytucie XLIM na Uniwersytecie w Limoges we Francji, po czym rozpoczęła pracę naukową w Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB) na Uniwersytecie w Bourgogne, także we Francji. Jeden rok spędziła jako stypendystka unijnego programu Marie Curie, na Uniwersytecie w Brescii we Włoszech, prowadząc badania w dziedzinie światłowodów wielomodowych. Obecnie kontynuuje swoje badania w Instytucie Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk w Warszawie. Jest współautorką ponad 70 artykułów naukowych w renomowanych czasopismach międzynarodowych oraz ponad 140 publikacji w recenzowanych materiałach konferencyjnych. Jej zainteresowania naukowe dotyczącą optyki nieliniowej w światłowodach i kryształach.