„Kitoje" lazerio pusėje

Lietuvos mokslo premija Fizinių ir technologijos mokslų centro (FTMC) vyriausiajam mokslo darbuotojui ir LMA Jaunosios akademijos (LMAJA) pirmininkui dr. M.Gedvilui, Lazerinio mikroapdirbimo technologijų laboratorijos (LMTL) vadovui, vyriausiajam mokslo darbuotojui dr. P.Gečiui ir Lazerinių technologijų skyriaus (LTS) vadovui, vyriausiajam mokslo darbuotojui dr. Gediminui Račiukaičiui paskirta už darbų ciklą „Ultratrumpų lazerio impulsų sąveika su medžiaga ir jos panaudojimas lazeriniam mikroapdirbimui". Eksperimentinės plėtros darbų ciklą sudarė moksliniai straipsniai, skelbti 2005-2019 metų laikotarpiu recenzuojamuose tarptautiniuose prestižiniuose mokslo žurnaluose. Išradimai publikuoti tarpdisciplininiuose straipsniuose apimančiuose įvairias taikomosios fizikos, optikos, medžiagotyros, nanotechnologijų, inžinerijos sritis. Darbų ciklą konkursui pateikė FTMC, UAB „Ekspla", UAB „Elas", ir UAB „Precizika Metrology".

„Šiame mokslo darbų cikle detaliai buvo nagrinėjama lazerinės spinduliuotės sąveika su apdirbama medžiaga, fundamentiniai šios tematikos aspektai ir pristatomi naujausieji lazerių taikymai. Atliktų tyrimų laikotarpis sutapo su stulbinančia Lietuvoje įsikūrusių aukštųjų technologijų įmonių pažanga gaminant lazerinės spinduliuotės šaltinius. Šiuo ypatingu metu buvo sukurti moderniausi lazeriai, veikiantys impulsų paketų režimu, kas atvėrė iki šiol neregėtas lazerių taikymo galimybes", - sakė M.Gedvilas.

Trijų mokslininkų darbe buvo pristatyti sudėtingi lazerio pluošto formavimo laike ir erdvėje metodai bei jų naudojimas ieškant būdų, kaip efektyvinti procesus ir geriau kontroliuoti medžiagos atsaką į intensyvų sužadinimą.

„Eksperimentinės plėtros tyrimuose didžiulis dėmesys skiriamas efektyviam lazerinės spinduliuotės naudojimui technologiniuose procesuose. Ultratrumpų impulsų lazerių generuojama spinduliuotė yra labai brangi, todėl našus jos naudojimas apdirbant medžiagas yra labai svarbus veiksnys siekiant atverti dar platesnes pramonines lazerių taikymo galimybes. Nenaudingai panaudota perteklinė lazerio spinduliuotės energija įvedama į apdirbamą objektą sukelia daug šalutinių efektų, kurie nepageidautinai modifikuoja medžiagą, mažina apdirbimo kokybę ir tikslumą, riboja erdvinę mikro- ir nanoapdorojimo skyrą. Darbe buvo bandoma rasti šios problemos sprendimą ir pateiktas teorinis modelis, kaip efektyviausiai naudoti lazerio impulso energiją medžiagai pašalinti. Atsižvelgiant į realius kuriamų technologijų poreikius, taip pat buvo analizuojami fundamentiniai ribojimai lazeriu formuojamų nanodarinių matmenims", - papildė kolegą LMAJA pirmininkas M.Gedvilas.

Taip pat darbe buvo analizuojama, kaip skiriasi lazeriu apdirbto paviršiaus kokybė, priklausomai nuo lazerio impulso trukmės bei pačios medžiagos savybių. Eksperimentinės plėtros darbe veikla pradėta daugiau negu prieš penkiolika metų inicijavo mokslinių tyrimų bangą pasaulyje, skirtą našiai lazerinei abliacijai. Tai ženkliai prisidėjo prie ultratrumpų impulsų lazerių pritaikymo šiandieninėje pramonėje.

Naujos galimybės

Premija įvertintame mokslo darbe buvo nagrinėjamas ir skaidrių medžiagų apdirbimas panaudojant ultra sparčią lazerinę spinduliuotę.

„Skaidrios medžiagos yra ta terpė, kur ultratrumpų impulsų lazeriai turi unikalių pranašumų prieš bet kokius kitus lazerius ar apdirbimo būdus: skaidri terpė ir netiesinės absorbcijos efektai leidžia daryti sudėtingas modifikacijas medžiagos tūryje. Pasauliniu mastu plečiantis plokščiųjų ekranų, fotonikos, mikrofluidikos, optoelektronikos bei optikos rinkoms atsiranda didelis skaidrių medžiagų apdirbimo technologijų poreikis. Apdirbimo kokybės reikalavimai taip pat smarkiai auga. Apdirbimo metu turi išlikti nepakitusios medžiagų mechaninės savybės tuo pat metu išlaikant aukštą apdirbamo paviršiaus kokybę bei mažą paviršiaus apskeldėjimą, o technologija turi atitikti pramonei priimtinas spartas, - sakė „Respublikai" LMTL vadovas P.Gečys. - Atsižvelgiant į tai, tradiciniai skaidrių medžiagų apdirbimo būdai, paremti mechaniniu raižymu bei laužimu, pjovimas vandeniu ar mechaninis frezavimas nebegali atitikti aukštų kokybės reikalavimų. Šie apdirbimo metodai taip pat turi daug gaminio geometrijos ribojimų, todėl praktiškai nėra tinkami sudėtingų komponentų gamybai. Esant itin mažoms komponentų struktūroms, tradicinės skaidrių medžiagų apdirbimo technologijos tampa bejėgės, todėl reikalingi nauji inovatyvūs lazeriniai sprendimai. Paslėptasis raižymas, kai lazeriu formuojami kryptingi įtrūkimai išilgai pjovimo linijos stiklo ar kitos skaidrios lazerio spinduliuotei medžiagos tūryje yra perspektyvus plonų stiklų, naudojamų mobilių telefonų ir kitos technikos gamybai, pjovimui. Modifikacijos, einančios per visą medžiagos storį sukeliamos dėl filamentacijos ar specialiai erdviškai formuojant lazerio spindulį. Derinant eksperimentų rezultatus su skaitiniu modeliavimu pademonstruota, kaip išnaudoti dėl netobulų optinių elementų atsirandančius Gauso-Beselio pluošto iškraipymus, siekiant valdyti stiklo skilimo kryptingumą taip optimizuojant lazerinio raižymo procesus. Šie rezultatai sulaukė didelio pasaulio mokslininkų bei įmonių atstovų susidomėjimo".

Darbų cikle buvo pateikti ir mokslo pasiekimai plonų sluoksnių apdirbime lazeriais, kur procesų optimizavimui svarbu ne tik lazerio impulso energija ir trukmė, bet ir šviesos bangos ilgis, suderintas su optinėmis sluoksnių savybėmis.

„Koncentravomės į plonasluoksniams saulės elementams, optiniams prietaisams ir nanotechnologijoms naudojamų metalų, skaidrių laidininkų ir puslaidininkinių sluoksnių selektyvų apdorojimą. Eksperimentiniai darbai buvo derinami su skaitinio modeliavimo daugiasluoksnėse struktūrose rezultatais. Populiarėjant saulės energetikai, auga dėmesys ir plonasluoksniams fotovoltiniams elementams. Siekiant išlaikyti didelio ploto modulio efektyvumą, saulės elementas turi būti padalinamas į mažesnio ploto celes, o šios tolesniuose gamybos etapuose nuosekliai sujungiamos. Tai yra gana sudėtingas procesas, reikalaujantis precizinio sluoksnių pašalinimo, nepažeidžiant giliau esančių struktūrų. Platesniems plonasluoksnių medžiagų pagrindu kuriamoms saulės elementų technologijos taikymams yra būtinas gamybos proceso optimizavimas bei kaštų mažinimas. Ypač stengiamasi kuriant ekonomiškai patrauklius gamybos procesus plonasluoksnių saulės elementų efektyvumui didinti. Lazerių panaudojimas gamybos procese yra vienas iš būdų šiems tikslams pasiekti", - sakė P.Gečys.

Pasiekimas, kuris skatina stengtis dar labiau

Pasak dr. P.Gečio ir dr. M.Gedvilo, ši Lietuvos mokslo premija, tai prestižiškiausias mokslo apdovanojimas Lietuvoje bei didžiausias galimas įvertinimas mokslininkų bendruomenėje, už mokslo pasiekimus ir padarytus atradimus bei pasiektą proveržį lazerinio mikroapdirbimo srityje.

„Tai lyg virtualus patvirtinimas, kad pasirinktas sunkus mokslininko kelias buvo teisingas. Skirta mokslo premija, tai didžiulė motyvacija bei atsakomybė ateičiai eiti savo pasirinktu mokslininko keliu, kuriant lazerines medžiagų apdirbimo bei lazerių panaudojimo technologijas Lietuvoje ir garsinant mūsų šalį, kaip Pasaulinį lazerinių technologijų lyderį. Jaučiamės nepaprastai dėkingi už nuolatinį palaikymą ir padiktuotą teisingą mokslininko kelią savo ilgamečiam mokslinių darbų vadovui dr. Gediminui Račiukaičiui, su kuriuo kartu pelnėme šį svarbiausią Lietuvoje mokslo veiklos įvertinimą - Lietuvos mokslo premiją", - apibendrino premijos laureatai.