Litauiska lasrar bita bäst!

Skriven av

Laserindustri i Litauen, finns det? Mer än du tror. Jag är ledsen om jag måste krossa den traditionella bilden av Östeuropa och Litauen.

Litauen har återhämtat sig i flygande fläng de senaste decennierna från det sovjetiska förfallet, även om man ännu inte är tillbaka i sin position som Europas andra exportör av smör och fläsk efter Danmark, som man innehade före ockupationen.

Laserindustrin blomstrar. Litauen har ett tiotal företag som utvecklar och tillverkar egna laserprodukter, med den största delen av alla komponenter – optiska, mekaniska, kretskort, lådor med mera – av inhemsk tillverkning. I vissa fall odlar man laserkristallerna, till exempel neodymdopat glas, i landet, i vissa fall köper man dem från ett delägt bolag i Ryssland. I slutänden kapas, poleras och ytbehandlas materialen ändå i Litauen. Det enda som köps från övriga västvärlden är elektronikkomponenter, såsom logikkretsar, motstånd och kondensatorer, eftersom Litauen inte har någon sådan industri.

EKSPLA

Vi tog en tripp till Ekspla, ett litet företag fullt av teknologie doktorer i en industripark på Savanoriu-avenyn lite utanför Litauens huvudstad Vilnius. Ekspla sysselsätter sig huvudsakligen med att bygga pulslasrar i nano- och pikosekundområdet, lasrar med variabel färg (sk parametriska generatorer) och hela kundspecifika optiska system.

Laurynas Ukanis

Vi skjuter direkt från höften:

– Varför köper folk litauiska lasrar, när det finns så bra amerikanska, tyska och kinesiska?

– Allt handlar om prestanda, svarar marknadsföringschefen Laurynas Ukanis. Vi håller stenhårda specifikationer och försöker alltid ge kunden lite mer än de beställt, om det så gäller uteffekt, bandbredd, koherens, pulsdefinition, eller vad det nu kan vara.

Marknaden för piko- och nanosekundlasrar

Vi fortsätter med ett litet samtal med Eksplas affärschef Zenonas Kuprionis om marknaden för litauiska lasrar.

– Vi arbetar på världsmarknaden. Litauen är ett litet land, särskilt när det gäller nischprodukter som lasrar. Här säljer vi bara ett par system per år, cirka fem procent av den årliga försäljningen. Huvudmarknaderna är EU, USA och Asien.

– Men alltså, varför köper folk litauiska lasrar?

– Vår huvudsakliga marknad är den vetenskapliga och vi håller väldigt konkurrenskraftiga specifikationer. Vi brukar delta i offentliga upphandlingar och vi vinner många av dem just tack vare våra specifikationer. Men apparaterna är inte billiga. Vi tillverkar inte så många lasrar, vi bedriver ingen massproduktion, så nej, det beror inte på det låga priset.

– Det finns väl inget som är billigt i det här marknadssegmentet?

– Jodå. I Kina kan man ungefär liknande lasrar för halva priset, men kvaliteten är inte lika hög.

Det är uppenbart att det finns en kinesisk marknad för västeuropeiska laserprodukter. Bilden visar ett utdrag ur Eksplas kinesiska broschyr, där lasrarna fått namnet “Baltic” för att skylta med deras baltiska ursprung.

Typer av produkter

Låt oss ta en titt på produktlinjen. Vilka lasrar gör Ekspla?

– När det gäller det pumpade mediet, tillverkar vi bara pulsade fasttillståndslasrar (solid-state). Det aktiva materialet är neodym som dopats i olika matriser (substrat) såsom YAG, TLF, glas osv. Pulserna kan ha längder mellan några pikosekunder uppå till några hundratals nanosekunder.

Lasrarna pumpas (matas med energi) på två sätt, antingen med blixtrör som ger låg pulsfrekvens men hög energi, eller med laserdioder som ger högre pulsfrekvens men lägre pulsenergi. Beroende på pumpmetod kan repetitionsfrekvenserna variera mellan en hertz och upp till 88 MHz. Ju lägre frekvens, desto högre pulsenergi, med ett spann från flera kilojoule ned till några millijoule.

Ska vi tala våglängder en stund, så producerar vi lasrar med både fast och avstämbar våglängd. Vågländen kan varieras inom ett brett område, från 210 nm ultraviolett till 16.000 nm infrarött. Kunden kan få allt från en laser med en enda stråle med fast våglängd till en avstämbar enhet, eller enheter med flera strålar.

Lasrarna kan antingen styras med den medföljande fjärrkontrollen, eller från en PC med antingen USB- eller RS-232-anslutnig. Vissa enheter har dessutom CAN-bussanslutning. Mätvärden kommer tillbaka till PC:n och kan bearbetas vidare i LabView.

Den händige kan även köpa löskomponenter, som laserkristaller, exciteringskammare eller annan optik.

– Vad har kunderna era lasrar till?

– Våra produkter har huvudsakligen tre tillämpningar: grundforskning, industri och OEM. När vi började, för 30 år sedan, var huvudtillämpningen grundforskning och så är det fortfarande. Lasrarna för grundforskning används huvudsakligen i vetenskapliga laboratorier, för experiment med olinjär optik, time-resolved spectroscopy och plasmaspektroskopi. En annan produktlinje vi har är industrilasrar för mikrobearbetning. Man kommer på nya applikationer varje år och försäljningen ökar. Men vi har inga maskiner för svetsning och skärning i metallindustrin. Ekspla gör huvudsakligen lasrar inom två tidsdomäner, nano- och pikosekundlasrar. Nanosekundlasrarna har pulstider på ett par nanosekunder med hög pulsenergi. Några av systemen har så höga energier som 80 joule i en puls.

– Det kan bli ett stort hål?

– Jo. Men de används huvudsakligen för undersökningar om ljusets samverkan med materia. Lasrarna har avstämbara våglängder från kort UV till medellånga IR-våglängder. Systemen används för spektroskopi på så sätt att man exciterar molekyler eller atomer och undersöker hur ämnena beter sig efter excitationen. Man kan se fluorescens, absorption osv.

En annan produktlinje är modlåsta pikosekundlasrar och där är det huvudsakliga användningsområdet olinjär optik. Med hög pulsenergi kan man utforska olika olinjära optiska processer, som generering av övertoner, summafrekvensgenerering och ramanspridning. Just summafrekvensgenerering (SFG) är en av våra huvudapplikationer. Vi gör inte bara ljuskällor för sådana generatorer, utan tillverkar också fullständiga spektroskopisystem, som spektrometrar.

Den andra typen av applikation är alltså industriell laser. Folk använder våra pikosekundlasrar till att göra små hål eller märken inuti transparent material, för att skära små kanaler på integrerade kretsar, eller för att göra kanaler i solceller av tunnfilmstyp. Solceller tillverkas genom att man lägger lager på lager av olika material och efteråt kan man använda laser för att göra kanaler eller skapa en struktur i ett av lagren utan att skada de övriga.

Den tredje gruppen är komponenter för OEM-tillverkare (Original Equipment Manufacturer). Vår avdelning för elektronikkonstruktion och tillverkning är ganska bra, vilket andra tillverkare insett, så marknaden för optokomponenter är ett av våra snabbast växande marknadssegment. Ett intressant faktum är att en stor del av de kunder som köper blixtlampor inte är lasertillverkare.

Lasersortimentet

NL313 är en nanosekundlaser som matar ut pulser med en maximal energi på 1,6 J vid 1064 nm. Pulserna är mellan 3-6 ns och återkommer med 10 Hz. Dessutom kan den mata ut ljus med 532, 355 och 266 nm våglängd. Den är en arbetshäst som används till pumpning av optiska parametriska oscillatorer och färgämneslasrar, samt till plasmastudier och spektroskopi.

SL312 är en Q-switchad pikosekundlaser för applikationer som kräver hög energi. Pulserna är 150 ps långa och ger 250 mJ energi vid våglängden 1064 nm. Den används främst för plasmaforskning, ablation, holografi, absorptionsspektroskopi i plasman, avståndsmätning till satelliter, fotolitografi i EUV-området och som källa till förstärkare.

NT253 är en avstämbar laser med våglängder från 210 till 12000 nm med pulsrepetitionsfrekvenser på upp till 2500 hertz och 3–5 ns pulslängder. Användningsområden är exempelvis fluorescens, fotolys, fotobiologi, fjärravkänning och olinjär spektroskopi.

Den avstämbara lasern inuti. Laserkaviteten är aluminiumlådan längst till vänster och de olika optiska enheter som används för att skapa övertoner och blanda olika våglängder sitter på den svarta bottenplattan. Alla enheter som innehåller kristaller som måste vridas för att skapa olika våglängdsuppsättningar är försedda med stegmotorer (kuber med blanka ändstycken). Styrdatorn och synkelektroniken syns under bottenplattan.

Ekspla bygger kundanpassade system med tämligen avancerade specifikationer. Just det här specialbyggda systemet ger höga pulser med upp till 80 J pulsenergi. Annars går det bra att beställa specialsystem med upp till 160 J energi. Kunder använder sådana system till en mängd olika uppgifter, såsom plasmafysik, pumpning av andra lasertyper, holografi, materialforskning och olika typer av spektroskopi.

En typ av laser som Ekspla dock inte tillverkar är industrilasrar i kilowattklassen för skärande bearbetning i metallbearbetningsindustrin.

Bland löskomponenterna finner vi till exempel denna pumpkavitet, i vilken man stoppar två blixtrör i de två hålen överst och en laserstav i det halvt dolda hålet underst. Kylvatten ansluts till de båda nipplarna. För att hela laserstaven ska exciteras jämnt är inte insidan av kaviteten helt slät, utan har en diffus keramisk reflektor.

Diodpumpat laserhuvud med Nd:YAG-laserstav. Strålen kommer ut åt höger.

Pockelscellen används som ”dörr” för laserstrålen. Den består av en kristall av KD*P (kaliumdivätefosfat) som polariserar ljus som går igenom den och vrider polarisationen när man lägger på mellan 2 och 4 kV över cellen. Reaktionstiden är så kort som en femtosekund och kontrastförhållandet är cirka 300:1. Hopbyggd med ett polariserande filter fungerar den som switch för ljuset och används vanligen för Q-switchning och ljusmodulation. Den är en tämligen vanlig komponent i pulslasrar.

Kristaller av Neodymium doped Yttrium Aluminium Garnet, eller kortare Nd:YAG, är idag det vanligaste materialet för solid-state-lasrar. YAG-kristallen har bra livslängd, bra värmeledningsförmåga och klarar höga effekter kontinuerligt. Man hittar dem, förutom i alla Eksplas produkter, i de flesta lasrar för lasermärkning och andra industritillämpningar.

Terahertz-produkter

Produkter för mätningar i terahertzbandet är ett intressant område. Ekspla marknadsför olika sändar- och mottagarmoduler. Principen är tämligen enkel, åtminstone för sändaren (i bilden). Man har etsat en 70 my lång dipol av guld på en yta av galliumarsenid. Systemet exciteras med en femtosekundlång 1060 nm laserpuls på 25 mW in i den gröna fiberkontakten och dipolen avger en radiopuls runt en THz på 10 mikrowatt som har klingat av på en pikosekund. Pulsen kommer ut genom en den grå, halvrunda blanka linsen av kisel.

Mottagaren är betydligt knepigare att förklara.

Terahertzstrålning (100 GHz – 10 THz) kan användas för materialforskning, även i på djupet, i olika organiska ämnen. Mottagaren kan också användas för bildalstrande uppgifter i terahertzområdet såsom sökning efter farliga ämnen på flygplatser, sökning efter farliga ämnen i mat osv.

I mycket kort korthet går terahertz-spektroskopi ut på att man skickar en stråle terahertzenergi genom eller mot ett prov. Strålen kan penetrera papper eller tyg och gå in en bit i provet. Olika THz-våglängder absorberas sedan av olika molekyler i provet så att olika ämnen får olika ”spektrala fingeravtryck”, precis som absorption och excitation i gaserna i Solen ger dess spektrum en typ av ”fingeravtryck”. Man kan sedan matcha det mottagna spektrumet mot en databas med olika kända spektra och avgöra vilket ämne man ser, exempelvis olika typer av sprängämnen, precis som vid optisk spektrometri.

En titt i fabriken

Färdigpratat. Nu ska vi göra det vi kom hit för. Vi tar på oss skyddskläder för renrum, greppar en skruvmejsel och börjar rundvandringen i fabriken för att se på hur det går till att tillverka en laser för vetenskapligt bruk, från ax till limpa, eller möjligen från skruv till att skjuta hål i en plåtbit.

Mekanik och nätaggregat

Hela lasern byggs på en stadig aluminiumplatta som gjuts och fräses på ett företag alldeles i närheten. På plattans undersida monteras elektroniken (grå lådan nederst) och på översidan ställer man de optiska komponenterna. Mycket av kablaget som går runt under bottenplattan är avsett för synkning av olika komponenter. Pumpljuskällor och pockelsceller måste fyras av och öppnas med nanosekundprecision. Alltihop sköts av det datorkort som sitter mitt under modulen. För användaren är det hela enkelt. Lasern ansluts till en vanlig PC via USB.

Men det hela behöver kraft också och det levereras av fristående nätaggregat, som inte bara ordnar rätt spänning utan också håller med kylvatten i rätt temperatur.

En laser som pumpas med blixtrör behöver ett ordentligt ”blixtaggregat”. Utgångskondensatorn kan ligga på 100 mikrofarad och 1,5 kilovolt. Det viktiga är att aggregatet kan leverera uniforma pulser med samma spänning under en längre tid. Den viktigaste komponenten är den tyristor som åstadkommer startpulsen till blixtrören.

I de fall det handlar om laserdioder är det viktigt att man kan upprätthålla avsedd ström, ungefär ett tiotal ampere, med stor noggrannhet. Det är viktigt med låga spänningsfall eftersom arbetsspänningen bara rör sig om ett par volt totalt. Alla ledare inuti aggregaten är väldigt grova, snarast i form av skenor.

Principschema för ett specialbyggt nätaggregat. Det börjar med ett kraftaggregat överst till vänster som skapar 3000 volt och laddar kondensatorerna i urladdningsmodulerna till höger. Dessa är bestyckade med kondensatorer på upp till 600 mikrofarad vardera. När triggenheten fyrar av urladdningsenheten åstadkommer denna en extra spänningspuls på 30 kV ovanpå högspänningen, som bryter igenom blixtröret. En typisk urladdning kan vara på så mycket som 2,7 kJ. Just det här råkar vara ett nätaggregat för excitationskammare med tio blixtrör, som den i nästa bild.

Förstärkare för laserpulser bestående av en pumpkavitet med tio blixtlampor och en laserstav som alltså både pumpas av blixtrören och sedan exciteras av en inkommande laserpuls. Arrangemanget brukar kallas för jättepulslaser. Just den här typen av kammare kan pumpa staven med 22 kJ!!!

Här står två färdiga nätaggregat på en hylla efter kvalitetskontroll.

Optiska moduler monteras

Ett särskilt renrum är till för montage av de optiska komponenter som ska sitta ovanpå bottenplattan. Bortsett från själva laserkaviteten åtgår det mängder av linser, stråldelare, gitter och hållare för kristaller av olika slag. Inte nog med att komponenterna måste sitta på rätt höjd över basplattan och dessutom stabilt fastsatta, de ska ofta vara vridbara eller styrbara på olika sätt med stegmotorer.

Hållarna tillverkas av olika litauiska underleverantörer, medan en del av optiken kommer från Eksmas litauiska dotterbolag Eksma Optics.

Mannen på bilden monterar en lins i en hållare av aluminium. Om det inte vore för avsaknaden av lödkolv skulle man kunna tro att det handlar om elektronikbygge.

En uppsättning optiska komponenter monteras på bottenplatta, huvudsakligen av litauiskt ursprung.

De två enheterna till vänster är hållare för linser, där det optiska centrumet kan förskjutas i X- och Y-led.

Pockelscellen (ljusspärren) är en särskilt viktig komponent, som sätts samman i dragskåp, av huvudsakligen litauiska delar. Det handlar om en del aggressiva lösningsmedel och renlighet är av yttersta vikt. Det känns lite ”stort” med en komponent som kan ändra sin polarisation på en femtosekund.

Kvalitetsprovning

Eftersom kvaliteten betyder allt för Ekspla går lasrarna och alla andra moduler igenom kvalitetsprovning efter varje tillverkningssteg. Provrummen avskiljs av tjocka gummiridåer för att ljuset inte ska kunna smita emellan rummen, men människor ändå ska kunna röra sig fritt.

Här befinner vi oss i slutprovningsrummet, där en uppställning för spektroskopi ska provas. Alltihop drivs av grönt laserljus i pikosekundpulser, men med hjälp av stegmotordrivna gitter i den lilla aluminiumlådan i mitten av bilden, kan man enkelt ändra våglängd genom att generera och välja olika övertoner.

Jasså, cyanfärgat ljus känns bättre. Det går att få. Ett par knapptryckningar på en fjärrkontroll, stegmotorerna stegar och vips har vi blått laserljus.

Apparaten kan mata ut allt från violett till infrarött.

Dial-A-Wavelength

Bara för att visa vad man kan göra med tekniken fick jag se en SFG-spektrometer (Sum-Frequency Generator) som kan generera allt från ultraviolett ljus upp till 16 mikrometers långvågigt infrarött. Det är en väldigt imponerande uppställning där man börjar med en Nd:YAG-laser som lämnar pikosekundpulser av infrarött ljus på 1064 nm som sedan frekvensdubblas i olika steg varefter man blandar olika våglängder och får ut summa- och skillnadsvåglängder i det oändliga, i princip valfri ljusvåglängd i bandet 210 till 16.000 nm. Själva uppställningen brukar kallas för OPG (Optical Parameter Generator). Pulserna är i storleksordningen pikosekunder med en energi på några millijoule per puls.

Den optiska layouten för en parametrisk generator är tämligen imponerande. På denna layout finns ingen laser. Den finns istället på ett annat bord intill.

Denna typ av ljus används huvudsakligen för olika ytkemiska undersökningar. Molekyler på ett materials yta reflekterar laserljus på ett olinjärt sätt. Molekylerna kommer i resonans med det inkommande ljuset och bidrar med övertoner till laserljuset genom sin egen vibration. Den spektrala informationen i det reflekterade ljuset visar hur molekylerna vibrerar. Olika kombinationer av inkommande och utgående polarisation visar på symmetrier i ytan och hur molekylerna är riktade.

Med SFG kan man också analysera olika vibrationsmoder som uppstår i olika grupper av atomer i en molekyl. Man kan också få fram information om de olika grupperingarnas relativa riktningar inom en molekyl. Ur detta kan man räkna ut molekylens struktur. Genom att analysera signalernas fasinformation kan man få reda på molekylens absoluta orientering på substratet.

Här är några ytkemiska undersökningar man kan företa sig:

  • Undersökningar av ytor och gränssnitt i fasta ämnen, vätskor, polymerer, biologiska membran och andra strukturer, som till exempel cellmembran.
  • Undersökningar av ytors struktur, kemisk sammansättning och molekylernas orientering.
  • Undersökning av ytkemiska reaktioner i vanligt atmosfärstryck, katalytiska reaktioner och ytans dynamiska uppförande.
  • Undersökning av epitaxiell tillväxt, elektrokemi, samt olika material- och miljöproblem.
  • Fjärravkänning i olika farliga miljöer.

Systemet styrs med hjälp av ett flertal olika olinjära kristaller mm som sitter monterade på axlar till stegmotorer. Systemet kan enkelt styras utifrån med en fjärrkontroll. Man knappar i princip in den våglängd man villa, och systemet ställer in sig på en sekund och levererar denna våglängd. Ekspla kallar det för OPG, jag ger dem den mera säljande termen Dial-A-Wavelength.

Vi har nu förflyttat oss till det optiska bord som hyser själva lasern. Från diodlaserhuvudet längst till vänster i bild kommer en osynlig infraröd stråle som går in i den optiska förstärkaren mitt i bild. Det är blixtlamporna i den optiska förstärkaren som lyser så kraftigt. Den, fortfarande, infraröda strålen går ut åt bildens nedre högra hörn och runt på andra sidan den svarta skärmen, vidare till ingångsdelen.

Ingångsdelen får det infraröda ljuset och dubblar det till 532 nanometer, grönt ljus, som går in i den optiska parametergeneratorn.

Och sedan börjar ljustrolleriet. Blått kanske? Notera de fyrkantiga stegmotorerna.

Eller känns gult bättre? Här utför vi ingen vetenskap utan visar bara på möjligheterna att fritt välja våglängd.

Strålgången i närbild.

Historik

Laserindustrins historik i den unga demokratin Litauen är intressant. Vi talar med företagets historiker Dr. Petras Balkevicius. Han jobbade på Ekspla i 16 år men är numera VD för moderbolaget Eksma, som egentligen bildades redan 1983.

– Fanns det mycket laserteknik under sovjettiden?

– Naturligtvis. Laserteknik var en välutvecklad vetenskapsgren i Sovjetunionen och det hela har fortsatt under friheten, medan det har blivit sämre med elektronik och maskinkunskap på det senaste. Under sovjettiden sände våra professorer duktiga studenter till Moskva eller Leningrad för att de skulle få studera modern teknik, som till exempel laser- eller bioteknik.

Efter att de fått bra utbildning och doktorerat kom de unga studenterna under 1970-talet tillbaka till Litauen där de öppnade nya laboratorier och vidareutvecklade den litauiska vetenskapen. De hade under tiden skaffat sig många vänner vid andra sovjetiska lärocentra och kunde få en beställning av en tidigare studiekamrat på att framställa någon speciell enhet, kanske en apparat för materialvetenskap, som i sin tur skulle användas för någon militär uppgift. Missförstå mig inte: det var inte så att vi arbetade med laservapen!

– Sen försvann Sovjetunionen och ni var kvar här med en massa högteknologi?

– Jo. Jag och mina kamrater hade hunnit bli medelåders. Jag var väl fyrtio och jag ville inte lämna mina forna kunskaper och börja om med något nytt, så vi grundade ett litet laserföretag. Det var väldigt riskfyllt att starta ett företag då, men under Sovjetunionens sista skälvande år sålde vi en eller två lasrar till västvärlden. Under Sovjettiden fanns en regel som sade att om ett företag ville köpa något från västvärlden var de också tvungna att sälja något till väst.

Vi åkte till lasermässan i München 1990 som medlemmar av den Litauiska Vetenskapsakademin och vi lyckades sälja lasrar till universitet i Västtyskland och Ungern och därefter började vi att åka till münchenmässan regelbundet. Efter två år sökte några japaner upp oss och sade att de ville prova våra lasrar. Ekspla knoppades av från Eksma och började sin verksamhet 1992 med att sälja till Japan. Första året som privatföretag sålde vi tre lasrar till Japan. Våra lasrar hamnade på universitetet i Yokohama och sedan på ett japanskt kärnforskningscentrum. Först därefter började vi expandera i Västeuropa.

Det var då det. Idag säljer Ekspla cirka 100 lasrar om året. Det kanske inte är så många, men de flesta av dem är större, unika system. Företaget har kontor både i Shanghai och i USA och distributörer i 20 länder. Eksma äger dessutom 40 % av aktierna i Sibirskij Monokristal i Novosibirsk som tillverkar laserkristaller.

Eksma kan skryta med att vara Litauens första privatägda företag efter Sovjetunionens uppluckring och slutliga fall. Vi firar 25-årsjubiluem i år!

Idag finns tio-femton företag i Litauen som säljer lasrar och komponenter för vetenskapligt bruk. Det är inga stora företag. Tillsammans har de kanske 300 anställda. Inte många, men tio procent av dem har doktorsgrad.

Några exempel på sådana företag är UAB Altechna (www.altechna.com) som exporterar en stor mängd olika laserkomponenter och system till fler än 40 länder, Light Conversion (www.lightcon.com) som säljer femtosekundlasrar för industri, medicin och grundforskning till fler än 70 länder, Optida (www.optida.lt) som utför optisk ytbehandling och säljer tjänster i hela Litauen och Standa (www.standa.lt) som tillverkar sub-nanosekunds mikrolasrar och precisionsmekanik för optronikindustrin i fler än 60 länder. Alla dessa ligger koncentrerade runt huvudstaden Vilnius.

Sverige är tyvärr inget stort land för Ekspla. För närvarande finns bara 29 litauiska lasrar i landet. Några står i Lund, några på KTH och en i Luleå, både från Ekspla och Light Conversion.

Vad finns det för praktiska tillämpningar?

På samma campus på Savanoriu-avenyn finns en av Eksplas kunder, Avdelningen för laserteknik vid Centret för fysikalisk vetenskap och teknik (hädanefter FTMC), som både använder produkterna och hjälper till med nyutvecklingen. Även här dräller det av filosofie doktorer och doktorander.

Vi träffar chefen för laboratoriet för laserteknik vid FTMC, Dr. Gediminas Raciukaitis och ber honom berätta om den praktiska användningen av Eksplas produkter. Han skrattar och menar att det finns så många tillämpningar att jag blir tvungen att välja en. Jag väljer min vana trogen att skjuta hål i saker och ting med laser, eller ”ablation” som teknikerna själva vill kalla det.

Dr. Raciukaitis visar principen för att bryta isär en laserstråle i fyra delstrålar.

– Vi höll på och simulerade vilka interferensmönster man skulle kunna få till om man delade en laserstråle i fyra strålar och sedan bröt ihop dem igen. Plötsligt en dag såg vi korsformade interferenser och någon kom på att ”det här skulle man kunna ha till att göra bandpassfilter i terahertzbandet”. Som du vet vill radiovågor inte gå ut genom ett galler om rastertätheten är mycket mindre än våglängden. Jämför med gallret i en mikrovågsugn. Du kan se ljuset där inifrån, men mikrovågorna kommer inte ut. Det finns dessutom en kritisk frekvens, där en viss hålstorlek fungerar som ett lågpassfilter. På FTMC har de varit ännu smartare och hittat på hål av sådan form att de åstadkommit ett bandpassfilter, och då talar vi om mikrometer.

Givetvis behöver FTMC ett elektronmikroskop för att kunna verifiera att hålen man bränt är korrekta. Här sitter Dr. Raciukaitis vid sitt JEOL JSM-6490LV och tränger in i materiens innersta delar. Den infällda bilden visar ett korsformat hål i ett terahertzfilter.

Den här typen av filter har massor av tillämpningar, från terahertzkameror för säkerhetsundersökningar på flygplatser till att hitta föroreningar i mat, till rymdforskning. Olika kemiska tillsatser avger, eller dämpar, terahertzvågor av olika frekvens såväl som människokroppen och olika sprängmedel.

Skjuter hål, det gör de hela dagarna. Massor av dem, och väldigt små. Och det här är ändå stora hål, skjutna i kopparplåt. Det är min tumme nederst i bild.

Det här är hålbrännaren i fråga. Metallen läggs på det grå bordet, som kan förskjutas i sidled med mikrometerprecision. Mikrohålen för terahertzfiltret har dock inte gjorts med denna maskin. Därtill är den för grov. Terahertzhålen har istället skapats som en step-and-repeat-funktion av interferensmönster i en liknande, men inte fullt så stor apparat, nämligen den i första bilden där Dr. Raciukaitis står och spretar med fingrarna.

En stent används för att expandera blodkärl som fått för liten diameter av någon orsak. Stenten tillverkas av en minnesmetall som exempelvis nitinol, en blandning av nickel och titan. Ämnet har så kallat formminne och är dessutom superelastiskt, cirka 20 gånger mer elastiskt än vanliga metaller. Vid en viss temperatur övergår ämnet mellan två kristallstrukturer och kan då förändra sin form. Även om stenten deformeras vid en låg temperatur, kommer den att återta den form den hade tidigare, när temperaturen ökar, till, till exempel kroppstemperatur. Den komplicerade nätformen skapas genom att man skär bort de oönskade bitarna med laser.

Olika industriella applikationer är beroende av små hål med bestämd form i metaller. Ett bra exempel är bränslemunstycken i insprutningsmotorer. Man kan till exempel göra hålen med grön pikosekundlaser med 532 nm våglängd och få snygga mikrohål som inte behöver efterbehandlas. I denna bild har man borrat ett hål med 83 mikrometers diameter i 1,2 mm tjock krom-molybdenstålplåt. Lasern hade en uteffekt på 1,8 W och hela borrproceduren tog 40 sekunder. Energitätheten var 25 J/cm² och arbetsstycket roterades med 1320 rpm för att hålet skulle bli absolut runt.

Intra-volume marking

Du har säkert sett de små dekorativa glaskuberna med tredimensionella bilder av hus eller människor inuti. Det vita i glaset uppstår genom att man fokuserar en laserpuls på ett ställe inuti glaset, varvid temperaturen lokalt blir så hög att glaset förgasas och det bildas en boll av sprickor runtomkring (en voxel), som reflekterar infallande ljus. Genom att skjuta ett tredimensionellt mönster inuti glaset kan man bygga upp bilder av texter och föremål.

I industrin märker man ofta glasföremål med laser genom att skjuta en rad märken på ytan, men det duger inte vid tillverkning av LCD- eller plasmaskärmar, eftersom det sprutar ett regn av mikroskopiska glasskärvor när man hettar upp glasets yta på detta sätt. Lilla minsta partikel kan betyda en skada på den bildalstrade ytan, en svart pixel. Gör man markeringen inuti glaset istället, eliminerar man kontamineringen. Det är en av de ämnen som FTMC också forskar på. Säg vad de inte forskar på?

Ja, se det var en tour de force. Vi går ut ur byggnaden och ett besvärande, icke-koherent ljus från hög vinkel stör oss okulärt. Solen. Det påminner oss om att Litauen både är ett framstående industriland som bara lider av dålig eller snarare obefintlig PR, likväl som ett underbart semesterland. Denna sommar låg temperaturerna på 34 grader som mest och stränderna vid kusten har aldrig varit vitare. Ölen har aldrig varit kallare. Tillsammans var de en oslagbar kombination.

Läs mer

Ekspla: http://ekspla.com/?homepage

Optolita, Eksma Optics: www.eksmaoptics.lt/en

Moderbolaget Eksma (med otroligt snygg ingångsbild): www.eksma.eu/lt

Avdelningen för laserteknik vid Centret för fysisk vetenskap och teknik (FTMC): https://www.ftmc.lt/photonic-and-laser-technology

Wikipedia

Neodymglaslaser: http://en.wikipedia.org/wiki/Nd:YAG

SFG-spektroskopi: http://en.wikipedia.org/wiki/Sum_frequency_generation_spectroscopy

Pockelscell: http://en.wikipedia.org/wiki/Pockels_effect

Märken på artiklar:
Artikelkategorier:
Laser · Vetenskap

Lämna en kommentar

E-postadressen publiceras inte. Obligatoriska fält är märkta *