Projekt badawczy

Koordynator: Tempere University

 

HiPOVor to międzynarodowy projekt współpracy, którego celem jest pokonanie wyzwań związanych z tworzeniem wiązek światła przenoszących optyczny moment pędu o bardzo wysokiej mocy szczytowej i bardzo wysokiej mocy średniej. Grupa młodych naukowców zbada cały łańcuch rozwoju tych wiązek, w tym urządzenia służące do ich generowania, badanie ich właściwości fizycznych, wzmacnianie, zachowanie podczas propagacji oraz praktyczne zastosowania. W ramach projektu piętnaście osób zostanie przeszkolonych, aby stać się pierwszymi specjalistami zdolnymi do wytwarzania silnych wiązek światła przenoszących moment pędu optycznego oraz do promowania ich wykorzystania zarówno w środowisku akademickim, jak i przemysłowym. Prace są wspierane przez interdyscyplinarne konsorcjum ośmiu wiodących uniwersytetów i dziewięciu partnerów z branży. Partnerami akademickimi są Uniwersytet w Tampere w Finlandii, Uniwersytet w Stuttgarcie w Niemczech, Uniwersytet Warszawski w Polsce, Uniwersytet w Glasgow w Wielkiej Brytanii, Uniwersytet w Bukareszcie w Rumunii, Universite libre de Bruxelles w Belgii, Universite Paris Saclay we Francji oraz centrum CNRS znane jako Femto ST we Francji. Partnerzy projektu z branży przemysłowej wraz z instytucjami akademickimi będą wspierać badania, które mają wzmocnić europejską doskonałość naukową, umożliwić rozwój nowych technologii optycznych, udoskonalić metody wytwarzania struktur w skali nanometrów oraz przyczynić się do powstania bardziej zrównoważonych i energooszczędnych rozwiązań.

W projekcie rozwijane będą dwa podejścia oparte na: tłoczeniu na gorąco oraz nanostrukturyzacji

• Tłoczenie na gorąco

Komponenty wirowe dla średniej podczerwieni o dużej mocy w technologii tłoczenia na gorąco

Elementy optyczne tłoczone na gorąco są szeroko stosowane w materiałach polimerowych do opracowywania niedrogich elementów optycznych o dowolnym kształcie. Jednak elementy polimerowe mają ograniczone zastosowanie w optyce dużej mocy i charakteryzują się niską przepuszczalnością promieniowania podczerwonego. Tłoczenie na gorąco jest wykorzystywane do masowej produkcji soczewek do odtwarzaczy CD, obiektywów aparatów fotograficznych oraz soczewek asferycznych dla zakresu długości fal widzialnych i bliskiej podczerwieni. Główną zaletą tłoczenia na gorąco jest możliwość tworzenia elementów o dowolnym kształcie bez ograniczeń związanych z symetrią obrotową, jak w przypadku typowych soczewek obrabianych maszynowo. Tłoczenie na gorąco jest szybką techniką, dobrze nadającą się do produkcji masowej i może być stosowana jako proces ciągły, w przeciwieństwie do konwencjonalnego mechanicznego kształtowania poszczególnych elementów. Celem stosowania tłoczenia na gorąco jest produkcja elementów optycznych do generowania wirów optycznych o dużej mocy.

• Nanostrukturyzacja

Wysokowydajne, całkowicie światłowodowe generatory wirowych wiązek promieniowania średniej podczerwieni o dużej mocy

echnika wytwarzania elementów optycznych o gradientowym rozkładzie współczynnika załamania światła (GRIN) kompatybilnych ze światłowodami. W tej metodzie mikroelementy optyczne składają się z zestawu nanoprętów wykonanych z pary termicznie dopasowanych szkieł, ułożonych zgodnie z określonym rozkładem binarnym. Zgodnie z modelem medium efektywnego Maxwella-Garnetta, wzory binarne naśladują ciągły rozkład gradientu indeksu dla długości fal znacznie większych niż rozmiar pojedynczego nanopręta. Pozwala to na wytwarzanie mikroelementów optycznych GRIN o płaskiej powierzchni z dowolnym dwuwymiarowym rozkładem współczynnika załamania światła. Możliwości tej metody zostały wcześniej zademonstrowane w zakresie długości fal widzialnych i bliskiej podczerwieni poprzez wytworzenie parabolicznych i eliptycznych mikrosoczewek GRIN, aksikonów, dyfrakcyjnych elementów optycznych (DOE) oraz dwójłomnych sztucznych materiałów szklanych. Celem zastosowania technologii nanostrukturyzacji jest wytworzenie elementu fazowego, który generuje wir optyczny w zakresie średniej podczerwieni, zintegrowanie go z światłowodem oraz wytworzenie światłowodu, który prowadzi mody wirowe.