Kvantu optikas laboratorija

Laboratorijas vadītājs - Dr. Jānis Alnis

Galvenie zinātniskā darba virzieni:

precīzijas lāzeru spektroskopija, izmantojot femtosekunžu optisko frekvenču ķemmi;
optisko frekvenču standartu izstrāde un salīdzināšana ar radiofrekvenču standartiem;
ultrastabilu rezonatoru izstrāde lāzeru frekvences stabilizācijai;
gaisa kvalitātes parametru mērījumi;
čukstošās galerijas modu rezonatoru izgatavošana, modelēšana un ČGM temperatūras, mitruma u.c. sensoru izstrāde;
ČGM mikrorezonaotru virsmas funkcinalizēšana un biosensoru izstrāde;
optiskās frekkveču ķemmes ģenerēšana ČGM mikrorezonatoros un tās pielietojumi telekomunikacijās.

Notikumi:

2021. gada 30. aprīlī pasākums "Eiropas Zinātnieku nakts 2021" notika virtuāli tīmekļa vietnē www.zinatniekunakts2021.lv. Šī pasākuma ietvaros Kvantu optikas laboratorijas zinātnieki bija sagatavojuši video materiālu, kurā pastāstīja par laboratorijā īstenotajiem projektiem. "Eiropas Zinātnieku nakts 2021" pasākuma programmā video tika demonstrēts Dekstrum viruālālajā skatuvē plkst. 22.00 Rezonatori un čukstošās galerijas - kas tie tādi ir? - ierakstu skaities šeit.

LU ASI Kvantu optikas laboratorijas zinātniskā asistente Inga Brice stāstīja par Gaismas stara izplatīšanos taisnā virzienā. Tā izplatīšanās virziens var mainīties uz divu optiski dažādu materiālu robežvirsmas, piemēram gaiss un ūdens. Šī parādība pazīstama kā laušana. Gadījumā, ja gaisma nonāk no optiski blīvākas vides (ūdens) mazāk optiski blīvā vidē (gaisā) ir iespējama situācija, ka, palielinoties krišanas leņķim, gaisma vairs nenonāk otrā vidē, bet tiek atstarota. Šo parādību sauc par pilnīgu iekšējo atstarošanas.

Pilnīgu iekšējo atstarošanas var izmantot, lai gaismu pārvadītu pa kabeli – optisko šķiedru – lielos attālumos. Šāds kabelis iespējams ir arī jums mājās, ja lietojat optisko internetu. Mēs izmantojam šādus optiskos kabeļus, lai nogādātu lāzera gaismu no lāzera līdz mūsu darba galdam un eksperimentiem.

Iekšējās atstarošanas princips ir svarīgs mūsu pētījumos par čukstošās galerijas modu rezonatoriem, kur gaisma iekšējās atstarošanas rezultātā tiek atstarota no liektas virsmas. Piemēram stikla lodē gaisma riņķo pa lodes ekvatoru. Šādiem čukstošās galerijas modu rezonatoriem ir daudz un dažādi pielietojumi, gan kā sensoriem (FLPP projekts Nr. lzp-2018/1-0510 "Optiski čukstošās galerijas modu mikrorezonatoru sensori"), gan telekomunikācijas datu pārraidē (ERAF projekts Nr. 1.1.1.1/18/A/155"Uz čukstošās galerijas modas mikrorezonatora bāzes veidota optisko frekvenču ķemmes ģeneratora izstrāde un tā pielietojumi telekomunikacijās"). Savukārt turpinājumā Kvantu optikas laboratorijas laborante Lāse Mīlgrāve stāstīja par mitruma sensoru ar augstu jutību. Glicerīna piliens piebriest no mitruma. Lāzera stars tiek fokusēts uz piliena malu un sāk skriet pa riņķi pilnīgās iekšējās atstarošanās dēļ. Pa riņķi apskrējusī gaisma interferē ar gaismu, kas nāk iekšā un veidojas interferences vilnīši. Sanāk, ka mēram piliena apkārtmēru ar interferences metodi. Viens vilnītis atbilst lāzera gaismas viļņa garumam 0.7 mikrometri. Video skaties šeit.

LU ASI Kvantu optikas laboratorijas laborants Arvīds Sedulis demonstrēja kā tiek veikta čukstošās galerijas modu mikrorezonatoru (turpmāk parauga) slīpēšana. Slīpēšanas sākumā paraugu ievieto speciālā, ar gaisu amortizētā virpā, kuras vibrācija ir maza, mērāma pāris simts nanometru mērogā. Slīpēšanā svarīgi procesu veikt pakāpeniski, lēnām, lai nesabojātu paraugu. Piemēram, lietojot organisko stiklu, formu var izveidot ar šādu vīlīti. Pēcāk izmanto arvien smalkāku smilšpapīru līdz kamerā nav iespējams ieraudzīt negludumus. Labākam rezultātam ieteicams mainīt papīru, to skalot, jo, kā var redzēt – šāds smilšpapīrs vairs nav piemērots veicamajam darbam. Ideālas virsmas iegūšanai to beigās pulē ar dimanta pastu, kas novērš kamerā neredzamus defektus. Turpinājumā LU ASI Kvantu optikas laboratorijas vadītājs, vadošais pētnieks Jānis Alnis demonstrēja alternatīvu pieeju ČGM (čukstošās galerijas modu) rezonatora formas iegūšanā ar CO2 lāzeru. Šī metode patērējot daudz mazāk laika, tāpēc mūsdienās to arvien plašāk izmanto slīpēšanas vietā. Princips patiesībā ir ļoti vienkāršs. Paraugu novieto uz virpas lāzera stara priekšā un rotē. Rotācija nodrošina to, ka lāzera stars vienmērīgi apkausē rezonātora abas puses un mēs iegūstam gala produktu. Uz vienas šķiedras gabala iespējams ātri uztaisīt vairākus šādus rezonātorus, no kuriem var pēcāk atlasīt vislabākos paraugus. Video skaties šeit.