Lazerių fizikai žino, kaip apgauti gamtą
Vil­niaus uni­ver­si­te­to (VU) ab­sol­ven­tas dr. Vy­tau­tas Juk­na po pen­ke­rių me­tų Pra­ncū­zi­jo­je grį­žo į Lie­tu­vą ir par­si­ve­žė uni­ka­lios pa­tir­ties. La­ze­rių fi­zi­kas at­li­ko po­dak­ta­ri­nę sta­žuo­tę pres­ti­ži­nia­me Pra­ncū­zi­jos po­li­tech­ni­kos uni­ver­si­te­te (Eco­le Po­ly­tech­ni­que), įgy­ven­di­no Eu­ro­pos kos­mo­so agen­tū­ros (ESA) pro­jek­tą ir Pra­ncū­zi­jos gy­ny­bos už­sa­ky­mą bei spė­jo pa­dir­bė­ti pri­va­čia­me sek­to­riu­je. Ty­rė­jas bend­ra­dar­bia­vo ir kar­tu pub­li­ka­vo moks­li­nį dar­bą su šių me­tų No­be­lio fi­zi­kos pre­mi­jos lau­rea­tu prof. Ge­rard­’u Mou­rou.

„Didžiausias motyvas grįžti buvo aukštas VU Lazerinių tyrimų centro bei prof. Audriaus Dubiečio grupės, kurioje dabar dirbu, lygis. Žinojau, ar būsiu Prancūzijoje, ar Lietuvoje, darysiu tikrai aukšto lygio tyrimus. O gyvenimas Lietuvoje lengvesnis, nes čia esi savas. Žinai, kas vyksta. Gali numatyti problemas. Neseniai išlaikiau ir motociklo teises. Neįsivaizduoju, kaip tai būčiau padaręs Prancūzijoje“, – juokavo 34 metų fizikas.

Dr. V. Jukna yra vienas iš 13 aukšto lygio mokslininkų, pagal Protų pritraukimo ir reintegracijos programą nuo kitų metų pradžios įgyvendinančių pažangiausius didelės svarbos mokslo projektus. Jo projektas „Didelio pasikartojimo dažnio ultratrumpųjų impulsų sąveikos su medžiaga tyrimas juos generuojant kontroliuojamu impulsų vorų generatoriumi“ leis įdarbinti 14 VU tyrėjų.

Geriausias darbas

Iš Šiaulių kilęs mokslininkas VU baigė kompiuterinės fizikos bakalauro bei lazerinės fizikos ir optinių technologijų magistro studijas. Dar magistrantas per „Erasmus“ mainų programą buvo išvykęs į Italiją, Komo miesto Insubrijos universitetą, susipažino su žymiais italų tyrėjais prof. Paolo Di Trapani, prof. Daniele'iu Faccio, prof. Ottavia Jedrkiewicz ir kitais, dirbančiais netiesinės optikos srityje, susijusioje su šviesos gijų, arba superkontinumo, generavimu įvairiose medžiagose.

Toje srityje dirba ir prof. A. Dubietis. Jis buvo VU doktoranto V. Juknos konsultantas, o doktorantūrai vadovavo prof. Gintaras Valiulis.

Lazerinių tyrimų centre su kolegomis (iš dešinės) dr. Gintaru Tamošausku, prof. Audriumi Dubiečiu ir doktorantu Nailu Garejevu./ Romo Jurgaičio nuotrauka

2012 metais V. Juknos doktorantūros darbas išrinktas geriausiu fizikos doktorantūros darbu Lietuvoje. Jaunasis mokslininkas taip pat paskelbė nemažai publikacijų aukšto citavimo indekso žurnaluose.

„Siekta parodyti, iš ko susideda superkontinumas, kokie spektriniai komponentai jį sudaro ir kaip tai galima įsivaizduoti per banginės optikos savybes, – pasakojo autorius. – Medžiagoje iš labai siauro spektro spinduliuotės, pavyzdžiui, lazerio, galima pagaminti labai platų spektrą – nuo ultravioletinės iki ultraraudosios spinduliuotės. Jis užima net visą regimąją sritį. Jei nematomą lazeriuko impulsą šausime į medžiagą, pamatysime už jos baltą šviesą. Todėl superkontinumas dar vadinamas baltos šviesos generavimu.“

Superkontinumas dažniausiai generuojamas, kad iš fiksuoto dažnio lazerio būtų galima pasigaminti plataus spektro spinduliuotę kitų procesų tyrimams. Tačiau jį galima panaudoti ir kaip užkratą dar vienam netiesinės optikos procesui – optiniam parametriniam stiprinimui. Sustiprinus superkontinumo spektro dalis galima generuoti labai intensyvius, labai trumpus ir derinamos spalvos impulsus. Pasak dr. V. Juknos, dabar populiaru per pakopinius procesus stumti centrinį impulsų dažnį į infraraudonąją sritį dėl tokių taikymų kaip aukštų harmonikų ar atosekundžių generavimas, kai trumpais koherentinės spinduliuotės blyksniais užfiksuojami procesai, kurie vyksta per vieną trilijonąją sekundės dalį. Taikymai iš lazerinių medžiagotyros tyrimų po truputį žengia ir į medicinos, biologijos sritis.

Paryžiuje ir Lione

Dalyvaudamas konferencijose, specializuotose mokyklose jaunasis tyrėjas susipažino su įvairių šalių mokslininkais. Dažnai užduodavo jiems klausimų, pateikdavo siūlymų. Prof. Arnaud Couaironas iš Ecole Polytechnique sutiko būti daktaro disertacijos recenzentu. Vėliau jo kvietimu dr. V. Jukna išvyko į podaktarinę stažuotę Prancūzijoje. Ecole Polytechnique įsikūrusi Palaiseau miestelyje netoli Paryžiaus. Tai paskatino kartu važiuoti ir mokslininko šeimą.

Prof. A. Couairon’o ir prof. Francois Courvoisier vadovaujamas projektas buvo skirtas analizuoti lazerinės spinduliuotės sklidimą netiesine terpe, bet jau sukuriant medžiagos pažeidimą, modifikavimą. Tuo metu lietuvis susipažino ir su kitomis laboratorijomis, padėjo joms apskaičiuoti lazerio pluošto sklidimą ore didesniais atstumais. Šiam uždaviniui reikėjo ir gerokai didesnės galios lazerio impulso nei mikroapdirbimo atveju, nes plazmos kanalo ilgis siekia metrus, o ne mikronus.

Beveik po metų dr. V. Jukna tęsė podaktarinę stažuotę Huberto Curieno laboratorijojoje Jeano Monnet universitete netoli Liono. Pasak mokslininko, prof. A. Couaironas padėjo suprasti, kaip lazerinis impulsas transformuojasi medžiagoje, o prof. Tatiana Itina suteikė informacijos, kas atsitinka medžiagai po lazerinio impulso. Stažuotojas turėjo atlikti skaičiavimus ir padėti suprasti tuos procesus bei paaiškinti, kas atsitiks pakeitus pradines sąlygas.

Laisvalaikio valandėlė su dukrele Evelina./ Asmeninio archyvo nuotrauka

Kosmosui ir gynybai

„Visada buvo mintis grįžti. Tačiau atsirado dar vienas projektas. ESA norėjo išsiaiškinti, ar iššovus lazerinį impulsą iš palydovo Žemės link susidarys balta šviesa kokiu nors atstumu. Tai padėtų nustatyti užterštumą Žemėje ar po branduolinio sprogimo pasklidusias daleles. Tačiau reikia labai plataus spinduliuotės spektro, nes kiekviena medžiaga turi savo atsaką skirtinguose bangos ilgiuose“, – pasakojo dr. V. Jukna.

Kartu su prof. A. Couaironu parašyta projekto paraiška laimėjo ESA konkursą. Mokslininko šeima grįžo į Lietuvą, nes žmonai baigėsi motinystės atostogos, o jis pradėjo važinėti tarp Lietuvos, Prancūzijos ir Nyderlandų. Roterdame įsikūręs didžiausias ESA padalinys – Europos kosmoso tyrimų ir technologijų centras.

„Grįžtu pas šeimą pailsėti ir vėl atgal į užsienį – arti“, – juokavo fizikas. „Arė“ dar beveik ketverius metus, iš jų dvejus vykdė ESA projektą. Tada atsirado dar kitų darbų. Prof. André Mysyrowiczius su dr. Aurelienu Houard’u iš Taikomosios optikos laboratorijos (LOA) netoli Paryžiaus pakvietė į laisvą eksperimentuotojo poziciją. Reikėjo atlikti gynybos užsakymą. Išsiaiškinti, kaip lazerio pluoštelį fokusuojant į vandenį generuojasi garso bangos. Koks spinduliuotės intensyvumas ir koks garso bangų spektras.

„Didžiausias motyvas grįžti buvo aukštas Lazerinių tyrimų centro bei prof. Audriaus Dubiečio grupės, kurioje dabar dirbu, lygis.“

LOA dar pasiūlyta padirbėti skaitmeninio modeliavimo srityje. Mokslininkui buvo įdomu aprėpti visą procesą – nuo eksperimento iki skaitmeninio modeliavimo.

Vėliau Paryžiuje įsikūrusi įmonė „Oxalis-Laser“ ieškojo žmogaus, kuris padėtų skaitmeninio modeliavimo srityje. Reikėjo sukurti skaitmeninį kodą, kuris galėtų analizuoti šviesos sklidimą tam tikroje aplinkoje. Ir šis lietuvio darbas buvo jau paskutinis Prancūzijoje.

Metas grįžti

„Pasakiau sau: „Metas grįžti“. Matyt, jau penktą kartą. Projektai keitėsi, bet važinėjimas vargino. Dar gimė antras vaikas. Sakau, reikėtų nusėsti“, – prisiminė dr. V. Jukna.

Kiekvieną kartą parvykęs į Lietuvą mokslininkas užeidavo ir į Lazerinių tyrimų centrą – pasišnekėti, kartu atlikti kokius nors darbus su prof. A. Dubiečio grupe. Jie daro eksperimentus, bet neturi tokio žmogaus, kuris galėtų suskaičiuoti, paaiškinti, kas vyksta medžiagoje labai smulkiais atstumais ar laiko žingsneliais, o skaitmeninis modeliavimas leidžia tai parodyti.

Kai koks nors projektas Prancūzijoje baigdavosi, dr. V. Jukna klausdavo kolegų, gal yra kokia nors vieta Lazerinių tyrimų centre. „Gerai, – patikindavo. – Kai tikrai apsispręsi, atvažiuok, priimsime.“

Pasak mokslininko, Lietuvoje viskas aišku. Žinai, kokia sistema, ką turi daryti, kaip pas daktarą nueiti. Prancūzijoje – kaskart nauja patirtis, jei reikia kokio nors dokumento. Pavyzdžiui, socialinį draudimą teko tvarkytis gal aštuonis mėnesius. Šiuo požiūriu Lietuvoje biurokratija mažesnė, nors mokslo srityje Prancūzijoje popieriai tvarkomi paprasčiau.

Mokslininkas su šeima Paryžiuje./ Asmeninio archyvo nuotrauka

Kita vertus, Lietuvoje – šeima. Žmona Dovilė – vadybininkė ekonomistė, dirba Vilniaus savivaldybėje. Sūnui Augustui dveji metai, o dukrai Evelinai – septyneri, eina į pirmą klasę. Dėl jos taip pat reikėjo apsispręsti, kur pradės lankyti mokyklą.

Įveikiant ribojimus

Dr. V. Juknos projektas VU Lazerinių tyrimų centre truks ketverius metus. Prof. A. Dubiečio laboratorijoje mokslininkas suburs savo grupę. Projektas bus sudarytas iš dviejų dalių. Prof. A. Dubiečio grupė analizuos, kaip sklinda lazerio impulsas ir koks superkontinumas generuojasi. Kita projekto dalis skirta medžiagos apdirbimui.

„Galime pasirinkti labai didelio impulsų pasikartojimo dažnio lazerį, kai vienas impulsas šalia kito bus labai arti, ir žiūrėti, kas vyksta medžiagoje, kaip ji transformuojasi, kokios naujos savybės atsiranda. Kaip plazma, sugeneruota pirmo impulso, paveiks antrą impulsą, ir kaip elgsis medžiaga. Jei šiek tiek atitolinsime vieną impulsą nuo kito laiko atžvilgiu, plazma dings, o liks, pavyzdžiui, garso bangos. Jos taip pat gali paveikti impulso sklidimą medžiaga. Ir antras impulsas jau bus truputį kitoks nei pirmas. Trečiu atveju galime dar labiau atitolinti impulsus vieną nuo kito, ir garso bangos jau bus pabėgusios, liks šiek tiek šilumos. Antras impulsas, atsklidęs į tą vietą, taip pat šiek tiek pasikeis“, – aiškino fizikas.

Tokiu varijavimu bus analizuojama, kaip medžiaga reaguoja, veikiama lazerio impulsų vora. Galbūt galima, pasak mokslininko, gražiau ir tolygiau nuobliuoti medžiagos paviršių arba išlydyti ją tam tikrame tūryje.

Dr. V. Jukna ir toliau bendradarbiauja su užsienio kolegomis – iš Italijos, Prancūzijos, JAV, kitų šalių. Dažniausiai tokioje srityje, kai paprasti skaitmeniniai metodai nebegalioja. Reikia mokslininko išmanymo procesams aprašyti, paaiškinti, kas vyksta ir kodėl. Ar bent numanymo, kas gali vykti. Kokie bus ribojimai ir kaip juos apeiti.

„Nobelio premijos laureatas prof. G. Mourou sukūrė tam tikrą lazerinę sistemą, kaip apgauti gamtą. Už tai fizikai dažniausiai ir gauna Nobelio premiją, – juokavo dr. V. Jukna. – Yra tam tikras ribojimas. Ką daryti, kad jo nebebūtų? Pavyzdžiui, bandome didinti impulsų intensyvumą ir artėjame prie medžiagos pažeidimo. Todėl nebegalėjome pagaminti galingesnių lazerių. Tačiau prof. G. Mourou pasiūlė metodą, kaip apeiti medžiagos ribojimą. Tada galima kurti tokius didžiulius lazerius kaip Europoje įgyvendinant ELI (Extreme Light Infrastructure) projektą. Jie taip pat grįsti šiuo atradimu.“

Pagal ELI projektą steigiami trys didžiuliai lazerinių tyrimų mokslo centrai: Rumunijoje, Čekijoje ir Vengrijoje. Dviem centrams lazerius gamina Lietuvos įmonės: Vengrijoje – „Ekspla“ ir „Šviesos konversija“, Čekijoje – „Ekspla“ kartu su amerikiečių kompanija „National Energetics“. Šis lazeris bus galingiausias pasaulyje.