„Lietuviškų lazerių erą prieš 50 metų pradėjo keletas šioje srityje tyrimus atliekančių Vilniaus universiteto fizikų, o dabar turime visą išskirtinę Lietuvos lazerių industriją“, – lazerių mokyklos plėtrą priminė dr. Arūnas Varanavičius, naujojo Vilniaus universiteto lazerių centro „Naglis“ Didelio intensyvumo lazerių laboratorijos vedėjas.
Lietuvos, kaip lazerinės valstybės, fenomenas iki šiol stebina ne tik paprastus tautiečius, bet ir pačius lazerių fizikus. „Nors lazerių mokslas yra brangus, o valstybės parama – santykinai menka, bet mus mato visas pasaulis. Neįtikėtina“, – sako jie.
Moderniausia kryptis – atosekundiniai lazeriai
Vilniaus universiteto Lazerinių tyrimų centre sukurtas modernus tarptautinės prieigos lazerių kompleksas „Naglis“ yra galingiausias Baltijos šalyse. Centro pasididžiavimas – ypač didelės galios lazeris, kuris generuoja labai trumpus šviesos impulsus. Šio lazerio išskirtinumas yra ne generuojamos šviesos impulso energija, o itin maža šių impulsų trukmė – vos kelios femtosekundės. Turėdami tokį lazerį Lietuvos fizikai gali įsitraukti į atosekundžių mokslo tyrimus.
Atosekundžių mokslas yra visiškai nauja lazerinės fizikos proveržio kryptis, atsiradusi šiame šimtmetyje. Kol kas šis mokslas – tik labiausiai išsivysčiusių šalių mokslinių centrų tyrimų prerogatyva, šiandien šios srities tyrimai dar nevykdomi nė vienoje Rytų Europos šalyje. „Mes kuriame ypač aukštos laikinės skyros išskirtinių parametrų instrumentą, kurio laikinę skyrą lemia generuojamų impulsų trukmė. Šiuo instrumentu bus galima tirti procesus, charakterizuojamus atosekundiniais laikiniais intervalais. Pvz., per sekundę fotonas, lėkdamas šviesos greičiu, galėtų apskrieti Žemę maždaug 4 kartus, o per vieną pikosekundę šviesa nukeliauja vos 300 mikronų (mažesnį nei plauko storis atstumą). O atosekundė yra dar milijoną kartų mažesnis laiko intervalas. Per šį laiką šviesa sugeba nuskrieti mažiau kaip vieną milijardinę milimetro dalį. O tai yra atomų matmenis apibūdinantis atstumas“, – apie sunkiai suvokiamas tokių šviesos impulsų trukmes pasakoja dr. A. Varanavičius.
Pasak fiziko, atsiradus optiniam mikroskopui, pamatėme bakterijas ir supratome, kad yra ir akimi nematomas mikropasaulis. Tačiau toks mikroskopas turi ribotą skiriamąją gebą ir negali atskleisti, kas gi yra dar smulkesnio už bakterijas. Tik atsiradus elektroniniam mikroskopui pasidarė įmanoma ne tik pažvelgti į bakterijas, bet ir pamatyti virusus, atskiras molekules. Šiuo metu, panaudojus itin trumpų impulsų lazerius, laikinė eksperimentinių tyrimų skiriamoji geba jau pasiekė atosekundžių diapazoną.
Atosekundžių mokslas kol kas yra fundamentinių tyrimų etape – tai bandymai plėtoti įvairias eksperimentinių tyrimų metodikas, sukurti įrangą, kuri leistų prasiveržti pro itin greitų procesų atomuose registravimo barjerus. Bet jei mokslininkai nematytų praktinio savo tyrinėjimų taikymo perspektyvų, tokie tyrimai ir nebūtų plėtojami. Visi taikomieji tyrimai atsiranda pradžioje atlikus fundamentinius tyrimus.
„Kol nebuvo sukurta elektromagnetizmo teorija, net sapnuoti negalėjome nei apie telefonus, nei apie kompiuterius ar internetą. Neretai mokslininkai, atliekantys fundamentinius tyrimus, neįžvelgia, į kokius praktinius taikymus jie gali nuvesti. Pavyzdžiui, Michaelas Faraday‘us (vienas iš žymiausių XVIII a. fizikų ir vienas pirmųjų elektromagnetizmo reiškinių tyrėjų), paklaustas, kur galėtų panaudoti savo atradimus, atsakė: „Gal kalėdinių eglučių girliandoms?“ – šypsosi lazerių fizikas.
Lazeriai gydys vėžį
Galvojant apie didelio intensyvumo lazerių perspektyvą, jau dabar svarstoma, kaipgi šie itin trumpų ir galingų impulsų lazeriai pakeis mūsų kasdieninį gyvenimą, kaip pasikeis ateities technologijos. Tai unikalių galimybių tyrimų įrankis, kuris mums gali padėti charakterizuoti itin sparčius procesus. Tokio tipo lazeriai atveria kelią į dar pilną paslapčių mikropasaulį – jie gali padėti mums suprasti, kas vyksta atomų viduje, kaip juda elektronai, kaip sudėtingose molekulėse formuojasi jungtys ir t. t.
„Kokia akivaizdžiausia to nauda? Šie lazeriai mums tikrai padės rasti būdų, kaip pagreitinti duomenų apdorojimo spartą. Pastaraisiais metais kompiuteriais atliekamų operacijų sparta beveik nebedidėja, nes mikroelektronikos gamybos technologijos jau priartėjo prie komponentų miniatiūrizacijos fizikinių ribų. O tai sukuria komunikacijų, didelės apimties duomenų apdorojimo ir kaupimo, technologijų plėtojimo perspektyvų problemas. Čia iškyla naujas iššūkis mokslininkams fizikams – reikia surasti naujus fizikinius procesus, elektroninių įrenginių veiklos principus, kurių pagrindu gali būti kuriama naujos kartos skaičiavimo įranga. Ir tam, manyčiau, patarnaus atosekundžių mokslo tyrimai“, – ateities perspektyvas atskleidė didelio intensyvumo lazerių specialistas.
Femtosekundiniai lazeriai taikomi ir medicinoje. Viena perspektyviausių sričių – regos korekcijos operacijos. Kaip paminėjo dr. A. Varanavičius, „Šviesos konversija“ dabar gamina ir išbando specialų lazerį, kurio parametrai būtų optimizuoti oftalmologinėms operacijoms, o jo priežiūra nereikalautų specialių fizikos žinių. Jį kuriant atsižvelgiama ir į tai, kad šis lazeris būtų įperkamas plačiam oftalmologinių klinikų ratui.
Kita itin trumpų ir galingų lazerių taikymo sritis – jų naudojimas vėžio gydymui įgreitintomis dalelėmis. Kaip teigia šių lazerių specialistas, toks gydymas jau taikomas išskirtiniuose Europos, Azijos, JAV mokslo centruose, kurie turi elementariųjų dalelių (elektronų, protonų) greitintuvus. Tokiuose centruose veikia ir atskiri medicinos kabinetai, kuriuose atliekamos bandomosios operacijos. Įgreitintos didelės energijos dalelės iš greitintuvų nukreipiamos į piktybinį darinį. Tokiu būdu vėžinis darinys išnaikinamas labai preciziškai ir tiksliai, nepažeidžiant kitų sveikųjų ląstelių. „Tai yra labai brangus gydymo būdas. Tam, kad atliktų tokią procedūrą, medikai turi naudotis aukščiausio lygio fizikų laboratorijomis. Lazerinėse sistemose, panašiose į lazerių centre „Naglis“ kuriamą lazerį, generuojami labai stiprūs elektriniai laukai, kuriuos galima panaudoti elementariųjų dalelių greitinimui, ir tam nebereikia namo dydžio įrangos (tokios kaip CERN greitintuvo žiedas). Todėl tikiu, kad tokie metodai netolimoje ateityje bus taikomi ne tik labai aukštą išsivystymo lygį pasiekusiose valstybėse (nes tik jose galima rasti dalelių greitintuvus), bet ir mažesnėse aukštųjų technologijų šalyse, tokiose kaip Lietuva“, – viliasi dr. A. Varanavičius.
Itin trumpi impulsai – pagrindinė bendradarbiavimo sritis
Lazerių įvairovė ir jų taikymo galimybės stulbina. Vieni lazeriai moka pjaustyti, kiti – lituoti ar graviruoti. Juos galima aptikti kiekviename kompiuteryje, medicinos įstaigoje, elektronikos ar automobilių pramonės gamykloje. Jie tampa nepakeičiamais laisvalaikio industrijos ir šiuolaikinės ginkluotės elementais. O išskirtinė itin trumpų impulsų lazerių savybė yra ta, kad jais galima generuoti jokiais kitais metodais nepasiekiamus pikosekundinės, femtosekundinės ar net atosekundinės trukmės impulsus. Tokių impulsų formavimo tyrimai ir jų taikymas komercinėse lazerinėse sistemose visą laiką buvo ir yra Vilniaus universiteto ir Lietuvos lazerių įmonių stiprioji vieta ir pagrindinė bendradarbiavimo sritis. Todėl neatsitiktinai būtent šioje srityje Lietuva gali pasigirti tiek reikšmingais moksliniais pasiekimais, tiek pasaulines rinkas užkariavusiais išskirtinių parametrų lazeriais.
Bendradarbiavimas tarp lazerių centro „Naglis“ ir lazerinių įmonių yra ypač glaudus ir abipusiškai naudingas. Didžioji dalis „Nagliui“ sukurti reikalingos įrangos įsigyta iš Lietuvos lazerių įmonių. Kita vertus, Vilniaus universiteto mokslininkų įdirbis kuriant išskirtinių parametrų lazerius nemažai prisidėjo prie įmonių „Šviesos konversija“ ir „Ekspla“ sėkmės konkuruojant dėl svarbių tarptautinių užsakymų. Šios įmonės pernai laimėjo svarbų pasaulinį konkursą – gamins pažangų ypatingų parametrų lazerį Europos Sąjungos mokslo infrastruktūros „Extreme Light Infrastructure“ lazeriniam kompleksui, kuris bus įrengtas Vengrijoje. „Šis lazeris bus „Naglyje“ esančio lazerio patobulinta versija, galinti spinduliuoti 4 kartus didesnės galios impulsus. Bet pati koncepcija, eksperimentinė svarbiausių lazerių komponentų realizacija jau išbandyta Vilniaus universitete, bendradarbiaujant universiteto mokslininkams ir įmonių specialistams“, – pasitenkinimo neslėpė lazerių fizikas.
Sparčiai besiplečiančioje Lietuvos lazerių pramonėje priskaičiuojama apie 20 įmonių. Kai kurios iš jų kuria ir parduoda unikalių parametrų lazerius, kitos gamina ar testuoja aukštos kokybės lazerinės įrangos komponentus, dar kitos dirba lazerinių technologijų taikymo pramonėje ir medicinos srityje. Dauguma Lietuvos lazerių įmonių glaudžiai bendradarbiauja su mokslo institucijomis, neretai kartu vykdo nacionalinius ir tarptautinius projektus. Svarbu ir tai, kad Vilniaus universiteto absolventai, baigę lazerių fizikos specialybę, gali rasti gerai mokamą ir įdomų darbą Lietuvos lazerių įmonėse, o kai kurie iš jų net kuria naujas įmones patys.
Lietuviškų lazerių sėkmė – jų unikalumas
Pasak mokslininko, itin trumpų impulsų lazeriai yra sudėtingi aukštųjų technologijų prietaisai, o jiems sukurti reikalingos ne tik gilios lazerių fizikos žinios, bet ir gera technologinė jų gamybos bazė. Todėl jų kaina yra gana aukšta, o pagrindiniai jų pirkėjai – stiprūs mokslo centrai ir stambios pramonės įmonės išsivysčiusiose užsienio valstybėse. Pastaraisiais metais pasinaudojusios Europos Sąjungos struktūrinių fondų lėšomis Lietuvos mokslo institucijos savo laboratorijų įrangą gerokai papildė Lietuvos lazerių įmonių produkcija. Vis dėlto daugiau nei 80 proc. Lietuvoje gaminamų lazerių ar jų komponentų – eksportuojama.
„Užsienyje lietuviški lazeriai naudojami preciziniuose elektronikos ir automobilių pramonės technologiniuose procesuose, ten, kur reikia aukšto tikslumo medžiagų apdirbimo operacijų. Neretai Lietuvos lazerių gamintojams jų produkcijos taikymo sritys ar specifinės jų panaudojimo detalės net nėra atskleidžiamos, nes tai svarbios inovacijos, įvardijamos kaip komercinė paslaptis“, – apie eksportuotos lazerių produkcijos vertinimą ir pritaikymo būdus užsienyje pasakojo fizikas.
Lazerių gamybos sektorius Lietuvoje – jau tvirtas pozicijas išsikovojusi pramonės šaka. Joje dirba daug aukštos kvalifikacijos darbuotojų, iš kurių nemaža dalis – mokslų daktarai. Dauguma šių įmonių turi gerą gamybinę bazę, o jų veiklos nevaržo pertekliniai biurokratiniai apribojimai, būdingi valstybinėms institucijoms. Todėl inovacijų diegimas, naujų lazerių modelių kūrimas įmonėse vyksta sparčiai, reaguojant į greitai besikeičiančią situaciją rinkose. „Dabartinėmis sąlygomis Vilniaus universiteto misija lazerių technologijų srityje, manyčiau, yra ne atskirų lazerių prototipų komerciniams produktams kūrimas, o naujų metodų ar technologijų paieška ateities lazerių ir jų taikymų proveržiams. Universitetas turėtų būti įdomus ir vertingas partneris lazerių gamybos įmonėms. Jame turi būti atliekami moderniausi lazerių fizikos tyrimai, naudojant naujausią pasaulyje gaminamą aparatūrą, kurie būtų pagrindas naujos kartos lietuviškiems lazeriams“, – universiteto lazerininkų tikslus apibūdino mokslininkas.
Lietuviškų lazerių pasaulinio pripažinimo paslaptis tikriausiai yra ta, kad Lietuvos lazerininkai sugebėjo įgyti išskirtinę kompetenciją specialių, unikalių lazerių kūrimo srityje. Ją būtina išlaikyti ir plėtoti.
