Narodowe Centrum Nauki przyznało prof. Czyszanowskiemu ponad 1,3 mln zł na realizację projektu: Lasery azotkowe wykorzystujące zjawisko supersymetrii. Ze strony niemieckiej za projekt będzie odpowiedzialny fizyk - prof. Urlich Schwarz. Po polskiej stronie w projekcie będą uczestniczyć także prof. Piotr Perlin z Instytutu Wysokich Ciśnień PAN i prof. Anna Szerling z Sieci Łukasiewicz - IMiF.
W opisie grantu prof. Czyszanowski, chcąc w prosty sposób wyjaśnić cel projektu, porównuje pracę lasera do gry na flecie.
Aby flet wydawał czysty dźwięk flecista musi wdmuchiwać powietrze z określoną siłą i w określony sposób, którego uczy się przez wiele lat swojej kariery muzycznej. Gdyby flecista chciał zagrać na flecie głośniej niż gra zwykle, dźwięk straciłby swoją czystość. Wzbudziłby w ten sposób inne tony zakłócające czysty dźwięk. Częstotliwość dźwięku fletu można matematycznie określić za pomocą równania falowego opisującego drganie cząstek powietrza wewnątrz fletu.
Profesor zauważa, że bardzo podobne równanie opisuje częstotliwości fal elektromagnetycznych rezonujących w laserze. Stąd podobne zachowanie fletu i lasera.
Gdy laser jest pobudzany nieznaczną energią elektryczną emituje promieniowanie elektromagnetyczne o jednej, określonej częstotliwości. Gdy pobudzany jest silniej, tak aby uzyskać większą emitowaną moc optyczną, zaczynają rezonować inne częstotliwości promieniowania elektromagnetycznego sprawiając, że spektrum emisyjne lasera ulega poszerzeniu, co można porównać do fałszywego dźwięku wydobywającego się z fletu. W praktyce poszerzenie widma emisyjnego lasera ogranicza zakres jego zastosowań
- wyjaśnia prof. Czyszanowski, który jest wybitnym specjalistą w projektowaniu laserów półprzewodnikowych i struktur fotonicznych. Jest kierownikiem Zespołu Fotoniki w Instytucie Fizyki PŁ.
Czym bardziej szczegółowo będzie się zajmował zespół naukowców w nowym projekcie?
Proponujemy zaadoptowanie teorii supersymetrii (SUSY) w kontekście wykorzystania jej w konfiguracjach laserów azotkowych. Laser SUSY to tak naprawdę dwa bliźniacze lasery. Teoria zakłada, iż w przypadku dwóch sąsiadujących w bardzo niewielkiej odległości laserów, które różnią się swoją geometrią w subtelny i zaplanowany sposób, stany energetyczne modów obu laserów uwspólniają się, z wyjątkiem jednego stanu.
Te dwa lasery oprócz subtelnej różnicy w geometrii, dodatkowo istotnie różnią się wewnętrznie. Tak jak Arnold Schwarzenegger i Danny DeVito w filmie „Bliźniacy”. Choć może to nie najlepszy przykład, bo pod żadnym względem nie różnili się subtelnie, mimo że byli bliźniakami. Zatem jeden z laserów jest prawdziwym laserem, który emituje światło, a drugi jest pułapką absorbującą światło. Wszystkie uwspólnione mody przepadają w pułapce absorbującego lasera za wyjątkiem jednego, który w zaplanowany sposób nie został uwspólniony i rezonuje jedynie w tym prawdziwym laserze. Tylko ten jeden mod a zatem jedna częstotliwość promieniowania będzie emitowana przez laser.
Projekt ten nie tylko pozwoli poznać głębię tego fascynującego zjawiska, ale także umożliwi zwiększenie emitowanej mocy optycznej oraz poprawę jakości wiązki emitowanej przez lasery półprzewodnikowe
- tłumaczy profesor.
Projekt składa się z trzech głównych celów naukowych. Dwa pierwsze związane są z zaprojektowaniem i realizacją nowego typu laserów SUSY działających w reżimie impulsowym oraz w sposób ciągły. Na czym zatem polega innowacja projektu?
To nowa konfiguracja elektrycznie zasilanego lasera, która nigdy nie była badana eksperymentalnie ani teoretycznie. W tym projekcie skupiamy się nie tylko na poprawie właściwości azotkowych laserów krawędziowych, ale także na głębokim zrozumieniu fundamentalnych zjawisk fizycznych zachodzących w nowej klasie laserów wykorzystujących zjawisko supersymetrii i zbadamy rolę punktów wyjątkowych (exceptional points) oraz łamania symetrii parzystości-czasu (parity-time symmetry breaking), które spodziewamy się, iż mogą odgrywać kluczową rolę w zrozumieniu działania nowego typu laserów
wyjaśnia profesor Czyszanowski.