Miket is csináltam? Horváth Zoltán, MTA SZFKI, Lézerfizikai Osztály (Dr. Horváth Zoltán György…)
Nem hivatalos, erısen válogatott, képes, tevékenységi és publikációs lista.
2009-03-29-i ideiglenes állapot
K utatói pályám során lényegében szinte kizárólag “csak” a fény és az anyag kölcsönhatásával, kölcsönhatásával , azok gyakorlati alkalm azásával foglalkoztam . E z a tevékenység persze elválaszthatatlan a fénykeltés és detektálás sokféle ism ert, és néhán y általam kiötlött praktikus trükkjétı trükkjét ıl . L ényegében ennyi lenne.
Bevezetı: Az általam mővelt fı kutatási – fejlesztési irányok: -
Nagy intenzitású, és ultrarövid fényimpulzusok és az anyag kölcsönhatása. (sokfotonos fotoeffektus, nemlineáris optika)
-
Lézer- és lézerparaméter mérési kutatás és fejlesztés.
-
Lézer-, és inkoherens spektroszkópiai, fluoreszcencia és képalkotó fénytechnikai alkalmazások szervetlen (tipikusan szilárdtest) és szerves (biofotonikai: fıleg növény és ember) targeteken.
-
Biomedikális lézeralkalmazások.
Nemlineáris optikai folyamatok, fıleg nemlineáris (sokfotonos) fotoeffektus. Munkám kezdetén a lézerek 1960-as felfedezése után 7-8 évvel vagyunk. Egy nagy intenzitású impulzus üzemő, jól fókuszált lézerfény fókuszpontjában, a fizikában (és a világban) korábban példa nélküli teljesítmény (energia) koncentráció (intenzitás, illetve teljesítmény sőrőség) volt elıször érhetı, ami drasztikusan megváltoztatja a fény-anyag (foton-elektron) kölcsönhatás korábban tapasztalt formáit. Új, váratlan jelenségek sorának fellépte várható, mivel a nagy intenzitású sugárzás – szemben a klasszikus optika alapfeltevésével – már megváltoztathatja az anyag tulajdonságait, s a kölcsönhatás ezzel, az újfajta, fénytérhez erısen csatolt anyaggal jön létre. Nem teljesül az a feltétel, ami jogossá tette korábban a perturbáció számitás azon feltevését, hogy kicsi a perturbáció. Az ultrarövid, (néhány pikoszekundumos) fényimpulzusok idıtartama már összemérhetı számos kollektív szilárdtest fizikai folyamat, fıleg termikus jelenség relaxációs idejével, így azok hatása, pl. a termalizáció elmaradása ugyancsak érdekes új kísérleti eredményeket szolgáltathat. Ez a nemlineáris optika és ezek az ultrarövid ideig tartó kölcsönhatások. Ilyen folyamatok keltésére alkalmas lézer fényforrások tanáraim, fınökeim, munkatársaim, munkájának eredményeként, 1969-re már léteztek a KFKI-ban és alkalmasak voltak a világ élvonalába tartozó akkori kifejezéssel: “kvantumelektronikai” kísérletek elvégzésére.
Kb. ez volt az a technikai háttér, amibe bekerültem, amikor felvettek a KFKI Fizikai Optika Laboratóriumába és az ezt létrehozó emberek voltak évtizedeken keresztül a kollégáim és barátaim.
Az alábbi szokatlan formájú beszámoló még fejlesztés alatt áll. Nem kristályosodott még ki a forma, és számtalan részadat, hivatkozás is hiányzik. Dolgozom rajta. Máig a munkának még a felét sem végeztem el. Szeretném remélni, hogy megtetszik és néhány hónap múlva, még visszatér ide, s akkor talán ennél sokkal teljesebb képet kaphat 40 éves kísérleti fizikusi tevékenységemrıl. Megjegyzendı még, hogy korábban (az itt felsorolt munkák zömében) a szerzık mindig ABC sorrendben voltak a feltüntetve a cikkeken és elıadásokon, azaz a sorrend nem tükrözi az elvégzett munkában a részvételi arányt. Ez nekem, a “H” betővel, nem volt mindig kedvezı, de semmi kedvem nem volt “Aba Alajos”-ra magyarosítani.
AZ alábbi, még nem a végleges változat. FEJLESZTÉS ALATT ÁLL A továbbiakért, kérem térjen vissza kb. ez év ıszén. Köszönöm! H.Z.
Farkas Gyızı, Horváth Zoltán: Gigawattos és pikoszekundumos impulzussorozat elıállítása mode-locking üzemő laserrel és alkalmazása a másodrendő fotoeffektus vizsgálatára. KFKI Közlemények 18, 2, 55. old. (1970)
A 60-as-70-es években korszerő mőszerek, fıleg “gyári” lézerek lényegében nem léteztek a piacon, vagy ha voltak is, azok számunkra anyagi és COCOM okokból hozzáférhetetlenek voltak. Így, a jobbsorsú országokban szokásos megoldások helyett, mi magunk csináltuk azokat lézereket is, amikkel a kísérleteinket elvégezhettük. Ez a munka a kutatókon kívül igen népes és magasan képzett technikusi gárdát is igényelt. No meg, hihetetlenül lelassította a kísérleti fizikai tudományos eredmények elérésének tényleges idejét.
Gy. Farkas, Z. Gy. Horváth: Two Photon Photoelectric Effect of Cs3-Sb Cathode Produced by High Intensity Picosecond Laser Pulses. Physica Status Solidi -a, 3, K29, (1970)
A fémeken fellépı sokfotonos fotoeffektus létét már korábban kimutatták a KFKI-ban. Diplomamunkámban már foglalkoztam kétfotonos folyamatokkal. A félvezetık viszonylag kedvezıtlen reflexiós és hıvezetési tulajdonságai miatt különösen érdekes volt, hogy elviselnek-e, nagyobb károsodás illetve melegedés, termikus emisszió nélkül olyan fényintenzitásokat, amiknél már remény van a sokfotonos elektron emisszió mérésére.
Gy. Farkas, Z. Gy. Horváth, I. Kertész, G. Kiss: Nonlinear Photoelectric Electron Emission Induced by Picosecond ModeLocked Laser Pulses. Lettere Al Nuovo Cimento VI. N8, 314, (1971)
Fémek sokfotonos fotoeffektusát több lézerfény hullámhosszon (fotonenergia) és többféle anyagon (eltérı kilépési munkák) már széles tartományon végeztünk méréseket. Ezekkel bebizonyítottuk, hogy korrekt a sokfotonos fotoeffektus azon alapfeltevése, hogy a fotoeffektus rendje, azaz az elektronok kilépéséhez szükséges fotonok száma, egy-egy elemi emissziós folyamatban pontosan akkora, mint amekkora a kilépési munka és a fotonenergia hányadosából várható.
Gy. Farkas, Z. Gy. Horváth, I. Kertész: Influence of Optical Field Emission on the Nonlinear Photoelectric Effect Induced by Ultrashort Laser Pulses. Physics Letters 39A, 3, 231, (1972)
A fény elektromágneses hullám, amit “megkvantálva” fotonokból álló részecskefolyamnak is tekinthetünk a hullám-részecske dualizmus leírás szerint. Az 1970-es évek elejéig pontosan lehetett tudni, hogy pl. Az interferenciánál a hullám-, míg fotoeffektusnál a részecske leirás a célszerő. Csakhogy jöttek az általunk, extrém erıs fénytérben keltett fotoeffektus kísérletek, amiknél – tudomásunk szerint elıször – sikerült olyan jelenséget megfigyelnünk, amiben a fény “egyszerre volt” részecske és hullám : (A sokfotonos fotoeffektus – tunnel emisszió átmenetre a görbe “lekonyulása” utal.) A különösen nagy intenzitású fény, mint elektromágneses hullám elektromos térereje olyan mértékben módosíthatja (fényfrekvenciás periodicitással) a fémek elektron tartó potenciálgödrének falát, hogy a fotoeffektus mellett a falon keresztül u.n.: optikai alagut effektus is felléphet. E két jelenség kombinációját, az átmenetet sikerült kimutatnuk. A fény és részben szabad (vezetési) elektronok kölcsönhatásának egyik legfontosabb, legkülönlegesebb tulajdonságát detektálhattuk! A “történet” szerint a kilépõ elektronok a fénybõl, mint fotonok sokaságából anszorbeálnak néhányat, majd a fény, mint elektromos térerõsség hullám által megváltoztatott “falvastagságú” falon átlépnek, akorábban csak statikus elektromos térben tapasztalt téremisszióval. Ez szép, de értelmetlen! Csak egyetlen, egységes fotoelektron kilépési folyamat létezhet. Kizárólag a mi modelljeink, gondolati, matematikai közelitéseink adnak látszólag más – más mechanizmust. Nyilvánvaló, hogy a természet nem vágja “fotonra és hullámra” a fényt, sem pedig fotoeffektustra és tunnel emisszióra a fénnyl keltett elektron kilépést. A világ tehát bonyolult, de fizikai közelitéseink mégis egészen jól mûködnek. Még akkor is korrekten meg tudjuk jósolni a temészet várható viselkedését, ha leegyszerûsített, képi gondolkodásunk hasonlatai, a szemléletes “mesék” döccenek is itt-ott.
Gy. Farkas, Z. Gy. Horváth, I. Kertész: Measurement of Mode-Locked Ultrashort Laser Pulses by Different Order Photoelectric Effects. KFKI-72-41 (1972)
A fény intenzitásától hatványfüggvény szerinti nemlinearitással függı foteffektus nagyon érzékeny a fény intenzitásának aktuális értékére. A fényimpulzusok energiája biztonságosan megmérhetı. A teljesítményt meghatározó impulzus hossz viszont a nemlineáris fotoáramból elvben, viszonylag egyszerően meghatározható. Több, különbözı rendő fotoeffektus párhuzamos mérésével, lehetıség nyílik a szokásos elektromos módszerekkel mérhetetlenül rövid impulzusok hosszának meghatározására. Ez a méréssorozat irányította figyelmünket a pikoszekundumos impulzusok idıtartammérésének nehézségeire, illetve megoldatlanságára.
Gy. Farkas, Z.. Gy. Horváth: Metal Monocrystals as Possible DFB X-ray Laser Materials in Preplasma State. Phys. Lett. 50A, 1, 45, (1974)
Ha a röntgen lézerek mőködéséhez szükség lenne optikai rezonátorra, akkor bizonyos kristályos szerkezető fémeknél lehet találni olyan irányokat, amelyek mentén az u.n.: “osztott paraméterő visszacsatolás” (DFB) geometriájú Bragg reflexiók miatt kierısödhetnek az adott anyag egyes erıs, karakterisztikus röntgen emissziós vonalai. A rtg. lézer folyamat olyan intenzív gerjesztést igényelhet, ami a target szétrobbanásához vezet. Megmutattuk, hogy a várhatóan pikoszekundumnál rövidebb ideig tartó folyamat alatt (plazma elıtti állapotban) a kristálystruktúra még érintetlen, azaz visszacsatolásra alkalmas maradhat.
G. Farkas, Z. Gy. Horváth Picosecond Laser Plasma Creation in the Presence of High Electrostatic Field on the Surface of Metals. Optics Comm. 21, 408, (1977)
A nagy intenzitású fény és anyag kölcsönhatás folyamatainak vizsgálata során, több mint 10 éven keresztül szisztematikusan harcoltunk a termikus emisszió, illetve a lézerfény keltette u.n.: “lézer plazma” folyamat ellen azért, hogy azok ne zavarhassák a “tiszta” fotoelektron emissziót. Úgy véltük, hogy ha minden felületkímélı trükkünket (fény beesési szög, polarizáció, stb.) az ellenkezıre fordítunk, akkor talán mi tudunk a legjobb hatásfokkal lézer plazmát kelteni. Az ötlet bevált. Az akkor ismert küszöbértékeknél sokkal kisebb intenzitásokkal is sikerült “tiszta” lézer plazmát keltenünk jó reflexiós felülető targeteken. Bebizonyítottuk, hogy “elektron győjtı elıfesztíéskor erıs röntgen sugárzás lép ki magából a lézerplazmából is. Ellenkezı irányú statikus térben a szemben lévı elektróda viselkedik antikatódként. Az ilyen, statikus elektromos térben keltett lézer plazma, intenzív, ultrarövid idıtartamú röntgen pontforrásként viselkedett.
R.N. Guzaljan, D. Normand, Z. Horvath: Bezfonovüje izmerenyija avtokorrelácionnoj funkcii szverhkarotkovo impulza szveta IFIAAN preprint 1977
A pikoszekundumos impulzusok tényleges hosszának (idıtartamának) mérése elektronikus úton, akkoriban még lehetetlen volt (GHz-nél nagyobb sávszélesség). Több, körülményes, kis kontrasztú nemlineáris optikai folyamat adott csak hozzávetıleges értékeket. A precízebb mérésekhez sok-sok lézer lövéssel lehetett autókorrelációs függvényeket felvenni, aminek feltétele lett volna a szinte soha nem teljesülı lett volna a fényimpulzusok lövésenkénti tökéletes azonossága. Mi olyan megoldást találtunk, ami egyetlen impulzusból is tökéletes eredményt Sikerült egy olyan háttérmentes (nagy kontrasztú) megoldást találnunk, mely hosszú évekig (sok helyen még ma 2009-ben is) a “pikoszekundummérık” egyik legsikeresebb módszere volt. Az u.n. “nemkollineáris felharmonikus keltésen alapuló megoldás szép példája a sikeres Örmény – Francia – Magyar (KFKI) – Magyar (Kristályfizikai Int.) együttmőködésnek. Olyan megoldás, mely egyetlen fényimpulzusból ad tökéletes autókorrelációs impulzushossz adatot. Az elsı ötletet és elızetes kísérleti eredményeket itt publikáltuk (sajnos csak oroszul). Ezt követıen, Jánszky J. Corrádi G. és R. Guzalján végigszámolta, és nagy sikerrel publikálta a folyamat precíz elméleti alapjait.
R. N. Guzalyan, S. B. Sogomoyan, Z. Gy. Horváth Background-free measurement of time behaviour of an individual picosecond laser pulse. Optics Comm. 29, 2, 239, (1979)
Az elıkíséreltek után 2 évvel, nemkollineáris felharmónikus keltést kihasználó ötletünket, most már a korrekt elmélet alapján, jól metszett kristályból precízen összeállított kísérlettel igazoltuk Budapesten. Az ábrán jól látszik – és ezt a cikkben is megemlítettük – hogy a pikoszekundum mérı szubpikoszekundumos (ma femtoszekundumos!) jeleket is detektált. Tehát már 1979-ben(!) nem csak kelteni, de mérni is tudtunk femtoszekundumos fényimpulzusokat! Mérési módszerünk néhány hónap alatt bekerült a lézerfizikában akkor “piacvezetı” pikoszekundumos technika “bibliájába”. Ez nagy öröm volt, ugyanakkor drasztikusan lecsökkentette hivatkozásaink számát. Attól kezdve, mindenki, aki e technikát használt, a sikerkönyvre hivatkozott. Tanult kollégáink kioktattak, hogy az a pár száz hivatkozás, ami egyértelmően rólunk szól, csak a könyvet említi, az nem számít. (Lesz erre még példa) Ennek ellenére a mai napig nagy örömet okoz, ha a világ laboratóriumaiban járva meglátom, hogy ott, a mi ötletünk alapján készült berendezések mőködnek.
Z. G. Horváth, A. V. Kilpio, A. A. Malyutin, Yu. N. Serdyuchenko: Picosecond Two-Dimensional
"HALO" Superradiance and Laser in Rhodamin 6 G
Optics Comm. 35, 1, 142, (1980)
Még 1976-ban, egy lézerekrıl tartott TIT elıadás alatt jutott eszembe az alapötlet. Lényege, hogy a lézerfizika alapelveibıl nem következik, hogy a lézernek feltétlen egy egyetlen vonalmentén sugárzó fényforrásnak, a lézerfénynek egy “nyalábnak” kell lennie. Ez, csak a lézerek nehézkes gyakorlati megvalósíthatóságának “mellékterméke”: örülhetünk, hogy legalább egyetlen vonal mentén, nagy kínnal meg tudtuk csinálni. Ha ez így van, akkor kell lenniük nem csak vonal, hanem sík- esetleg gömb (pontforrás) mentén sugárzó lézereknek is! Természetesen az egyszerőbb siklézerrel (“Gloria”, vagy “Halo” lézerrel érdemes kezdeni. Számításaim azt mutatták, hogy egy sík lézeranyag küszöb fölé pumpálására olyan gerjesztı forrás kell, ami itthon elérhetetlen. 1979-ben sikerült Moszkvában hozzáférni a 3 orosz társszerzı által épített, szükséges intenzitású gerjesztı lézerhez. Sörlei Zsuzsa segített a festékanyag kiválasztásában. 2 hét sikertelen próbálkozás után végre elindult, s láthatatlan, infravörös fényével egy vonal mentén szétégette a köré helyezett fotopapirokat. Két hónap munkával elértük, hogy már láthatóban is mőködött, s ,a hatalmas labort teljesen körberagyogta a világ elsı nem vonal mentén, hanem síkban sugárzó lézere. Munkánk alapján, alig 2 év múlva ez elsı “gömblézer”-t is elkészítették. Az elsı preprint után, itt publikáltuk az eredményeket, rámutatva arra, hogy ha léteznének természetes lézerek, azok valószínőleg csak ebben a formában mőködhetnének, valamint, hogy a felfedezés igazi sikere akkor várható, amikor a “természetesen” sík geometriájú félvezetı lézerek nagyobb szerepet fognak játszani a hétköznapi gyakorlatban. Majd 2 évtizedet kellett várni arra, hogy ezek a kismérető “Halo” lézerek: “microdisc” lézer néven elsöprı sikert arassanak.
Zs. Bor, B. Rácz, G. Szabó, Z. Gy. Horváth: Two-Dimensional Halo Laser Perfomance. Phys. lett. 80A, 153, (1980)
Viszonylag hamar kiderült, hogy a síklézer “okosabb”, mint én voltam, azaz sokkal alacsonyabb pumpálási küszöbnél is beindul, mivel “İ” egyszerőbb megoldást “talált”. Nem csak a sík átlója mentén, hanem a nagyobb fal-reflexiókat kihasználva körbefutó, u.n. “susogó” módusokban egyszerőbben mőködött. Emiatt a kísérleteket már Magyarországon is folytatni tudtuk. Szegeden Bor Zsolt és Szabó Gábor segített N2 lézerével (valamint spektroszkópiai és fototechnikájával), hogy most már alaposan megvizsgálhassuk a síklézer mőködés módusszerkezetét, és bebizonyíthassuk, hogy nem erısített spontán sugárzásról (ASE), hanem – megfelelıen jusztált, részben nyitott, sík Fabry-Perot rezonátorban – valóban lézermőködésrıl van szó.
Z. Gy. Horváth and S. Varró: Modes in wall-reflection planar Halo lasers (Invited) Optica Acta 32, 1125, (1985). (Special Issue on 25 Years of Laser) A Halo (Gloria) síklézer felfedezése után sok számítást végeztünk a nyitott F-P rezonatorokban fellépı lehetséges lézer módusok területén. Meg kellett különböztetni a totálreflexió miatt körbefutó, és a kilépni képes “susogó” módusokat, hiszen csak utóbbiak detektálhatóak, de a “bebörtönzött” fény szerepe sem elhanyagolható, mivel az, az abszorpciós és emissziós sávok részleges egybeesése miatt további erısen geometriafüggı, lokalizált belsı lézer gerjesztést okoz. Az akkoriban éppen hozzáférhetı “számítógépek” (Commodore, Spectrum) numerikus algoritmusa alkalmatlan volt korrekt szögfüggvény számításokra. A nekünk szükséges szögeknél hihetetlen, és eredményeket produkáltak. Egy (szerencsére minimális fokon programozható) HP kalkulátorral kellett megdolgoznunk a numerikus eredményekért, ami majd egy éves munka (több hónapszor 24 óra “gépidı”) volt. Fontos eredmény volt, hogy technikai megoldást adtunk a síklézer módusok kísérleti detektálhatóságára és arra, hogy hogyan lehet, kellıen gondos pumpálással egymódusú síklézer mőködést elérni. A lézerek felfedezésének 25. évfordulója alkalmából, az emlékszámba, meghívott cikként publikálhattuk ezeket a számításokat, amik a mai mikrodiszk lézerekre is igaznak bizonyultak.
A “HALO-LASER” sztori utóélete
Az eredmény, alapvetı lézerfizikai fontossága miatt 1980-ban a lézertechnika legfontosabb folyóiratában “Cover Story” lett, elsıként a hazai lézerfizikai eredmények közül. (Azóta Bor Zsolt és Szipıcs Róbert/Fernecz Kárpát munkái is megjelentek ugyanott.) A címlap sztori, sajnos hivatkozás nélkül jelent meg. Ezek után nagyon sokan “csak” erre a címlapra hivatkoztak (nem keresték ki a fenti 3 cikket … minek is tették volna), sıt tankönyvekbe, kézikönyvekbe is így került be, a világ elsı, nem síkban sugárzó lézere. Tanult kollégáim ismét figyelmeztettek, hogy ezt a hírt nem én írtam (csak elmeséltem, és képeket küldtem, miután felhívtak … a képeket Szabó Gáborral és Bor Zsolttal készítettük Szegeden), így nem számit hivatkozásnak. Ha nem, hát nem. Immáron másodszor tanulhattam meg (lsd. Pikoszekundummérı), hogy nagyon, nagyon kell vigyázni, nehogy olyant csináljon az ember, ami gyorsan sikeres lesz., és a mai mikrodiszk lézerek sikere arra is utal, hogy nem szabad valamit 20 évvel a publikációs maximumroham elıtt kitalálni. Illetve szabad, de nem érdemes? … Dehogynem érdemes! Csak egyszer át kell élni, látni kell, ahogy tényleg mőködik, és ezt én láthattam meg elıször. Azt nem pótolja semmilyen lista. Ja, és a bizottság döntése alapján, nem sikerült ezzel a munkával a doktori fokozatot megszereznem.
Z. Gy. Horváth and Z. Donkó: Possible ab-initio explanation of laser "biostimulation" effects. Laser Applications in Medicine and Surgery, p. 57 (Ed. G. Galletti, Monduzzi Ed. Bologna) (1992) További részletek: 35. Z. Gy. Horvath and Z. Donko: The role of laser speckle in low power "Biostimulation" effecs Laser Medizin 2, (9) 144 (1993)
Majd 2 évtizede sikeresen használták már a lézereket sebek gyógyítására és több más kedvezı élettani folyamatot is felfedeztek, amik kapcsolatban lehettek a fény kohereciájával. Mi olyan jelenséget kerestünk, ami lézer források, és biológiai minták kölcsönhatásakor biztosan fellép, de nem jelenik meg inkoherens, természetes fényforrások esetén. Felismertük, hogy a nem síkfelületeken a koherens fény random reflexióiból olyan “mikroszemcse”, (speckle) mikromozaik megvilágítási tér alakul ki, ami a mikrokörnyezetben meglepıen nagy intenzitás-, illetve emiatt jelentıs hımérsékleti gradienseket hoz létre. Ez a gradiens a biokémiai folyamatok hımérsékletfüggése, valamint a fotokémiai folyamatok intenzitásfüggése miatt lokális mikrocirkulációkat hoz létre. Ilyen fénytér eloszlás természetes fényforrásoknál nem lép fel, csak nehéz, célirányos technikával szimulálható. Ez, a lézerfény keltette folyamat bizonyosan létezik. Annak eldöntése, hogy a mikrocirkulácók milyen kórképekben hasznosak (pl. legyengült keringés) illetve mikor lehetnek nagyon károsak (rákos folyamatok) már az orvosok feladata.
MINILÉZER Schmidt György, Cséry Huba, Horváth Zoltán Kertész Iván, Czigány Imre Szentirmay Zsolt, Csonka Lajos, Kroó Norbert (Denker, Osziko)
A nagy teljesítményő impulzus szilárdtest lézerek tipikusan laboratóriumi nagyberendezések voltak korábban. Orosz kutatók olyan különleges, a szokásosnál erısebben “szennyezett” lézer rudakat készítettek, amivel kis méretben nagy erısítést lehetett elérni. Ezzel remény volt arra, hogy olyan miniatőr lézert építsünk, amivel 1 MW impulzus teljesítményt lehetett elérni (tipikusan 10 mJoule, 10 nsec). Az 1 MW nagyságrend azért kritikus, mert ennél már, a fényt jól fókuszálva, a csak nagy intenzitásokon fellépı nemlineáris optika minden fontos jelenségét elı lehetett idézni. Kertész Iván és Czigány Imre az “elemmel” mőködı, míg mi, Schmidt Györggyel és Cséry Hubával az akár 1 Hz-re is képes, hőtött, hálózati változatot fejlesztettük ki egy egészen különleges szilárdtest Q kapcsoló felhasználásával. Ez a lézertípus sok példányban, számos kutatóintézetben, egyetemen és ipari partnernél vált nagyon hasznos eszközzé. Ilyen lézerrel végezték az elsı, széles körben elterjedt szemészeti beavatkozások jelentıs részét, amivel nagyban hozzájárult a lézerek biomedikális alkalmazása iránti érdeklıdésem kialakulásához. Ma, 20-25 évvel késıbb is piacon vannak, a miénkkel kb. azonos konstrukciójú lézerek, s ezalatt az idı alatt, csak az ismétlési frekvenciát sikerült javítani. Ezt, a villanófény lámpáknak a diódalézeres gerjesztésre cserélése tette lehetıvé, amik akkor még nem álltak rendelkezésre.
MULTIMONOKROMÁTOR Horváth Zoltán, Plósz Béla
Rengeteg olyan létezik, ahol szükség van a mintáknak egy fotogerjesztésre adott, több hullámhosszon egyidejőleg fellépı válaszjelenségeinek vizsgálatára. A színek szétválogatására speciális interferenciaszőrık illetve klasszikus monokromátorok szolgálnak, amik sok esetben erısen korlátozzák a mérési lehetıségek pontosságát, a mérések gyors átkonfigurálhatóságát. OMFB-s támogatással készítettünk el egy olyan új “Multimonokromátor”-a, mely a készülékbe belépı fényt több (ebben az esetben 4) egymástól függetlenül, szabadon választható hullámhosszú, idıben egyszerre fellépı, független spektrális komponensre bontott. E változtatható színő fény a 4 független kimeneten közvetlenül (fotodetektor helyek), vagy fényvezetın keresztül használható. A készülék jelentıségét leginkább a többlépcsıs, fıleg biofotonikai fluoreszcencia folyamatok vizsgálói értékelhették. A legjobb színszőrıkkel szemben, mi akár “végtelen” azaz akár 10-12 nagyságrendes(!) kontrasztot (sávelnyomást) is el tudtunk érni akár 1 nm-es sávszélességgel is. (Ezek az adatok konstrukció függıen igény szerint rugalmasan változtathatóak.)
AMBULAS CO2 lézer Horváth Zoltán, Plósz Béla és sokan mások
Több cég együttmőködésében, Plósz Béla segítségével fejlesztettük ki az elsı olyan magyar kissebészeti CO2 lézert, ami rendelıintézetek és magánorvosok, klinikák egyik leghasznosabb orvosi lézerévé vált. Minden olyan ambuláns beavatkozást el lehet velük végezni, ami nem igényel altatást és a kezelendı terület “kívülrıl” elérhetı. (a 10 mikronos hullámhosszra még ma sincsen endoszkóposan biztonságosan használható fényvezetı. Az elsı ilyen lézerek 1995-ben készültek, és sok közülük még ma is javítás és hiba nélkül mőködik, sok orvos és több tízezer sikeresen (minimális fájdalommal és vérzéssel, kis utógondozási igénnyel) operált beteg nagy örömére.
KÉTVONALAS, ÖSSZEHASONLÍTÓ SPEKTROMÉTER Horváth Zoltán, Plósz Béla
Már a lézerplazma analizátor (HEEPS) fejlesztésekor felmerült az ötlet, hogy számtalan gyakorlati feladat megoldására fel lehetne használni a gyakorlatban a lényegében laboratóriumokba szorított, nagy berendezésekre alapozott, magas szaktudást igénylı optikai spektroszkópiát, ha kisebbek lennének a mőszerek, és egyszerőbb lenne azok kezelése. Megjelentek a kereskedelmi forgalomban a görbült felülető (focal plane) holografikus rácsok és az elsı CCD vonaldetektorok. Ezek segítségével építettünk olyan kis spektrométereket, amik egyszerően kezelhetıek (ma az Ocean Optics gyárt ilyeneket). Ezzel a feladat elsı része megoldódott. A spectrum kiértékelése viszont továbbra is gond lehet. Számtalan alkalmazás nem igényel analitikai eredményeket. Elég, ha a mért spektrumokat egy ismert mintadarab spektrumával vetjük egybe. Ehhez nincs szükség spektroszkópiai tudásra. Az OMFB támogatással kifejlesztett kétvonalas optikai spektrométer ezt a feladatot oldotta meg. A mérendı és referencia minta spektrumának egyidejő felvétele s annak korrekciós számításokkal történt egybevetése a gyakorlat számára igen lényeges “azonos vagy nem azonos” kérdésre adott a munkapadnál, raktárakban vagy épp MÉH- vagy szemétgyőjtı telepeken azonnali választ. Természetesen tárolt spektrumokkal való egybevetésre is lehetıséget nyújtott a kifejlesztett készülék. Lsd. még: Z. Gy. Horvath: Dual beam optical comparison spectrometer Journ. on Communications 5, (44) 37 (1993)
NEUROHÁLÓZATOS OPTIKAI ADATFELDOLGOZÁS MFA SZFKI Holland Horváth, Fried, Juhász, Petrik és még sokan COPERNICUS project
Munkánk, részben a “Kétvonalas összehasonlító spektrometer”-nél továbbfejlesztése, sokkal általánosabb, magasabb szinten.
vázolt
feladat
A hétköznapi gyakorlat számára fontos egyes optikai (ellipszometriai, spektroszkópiai) adatok digitális képként állnak rendelkezésünkre. Ezek feldolgozására kiválóan alkalmasak lehetnek az u.n. neurohálózatos, gyors, párhuzamos, adatkiértékelı rendszerek. E munka egyik változatában szín illetve spektrum felismerı rendszereket készítettünk el. Emlékeztetnénk arra, hogy a felhasználót nem érdeklik az optikai spektroszkópia rejtelmei. Mindenféle mintái vannak, amikrıl meg szeretne tudni bizonyos dolgokat: Pl.: érett, vagy épp rohadt az alma, mőanyag vagy papír a hulladék, milyen tiszta az arany ékszer stb. Ezekre a kérdésekre nagyon könnyő válaszolni, ha a készüléket “öntanító” formában készítjük le. A neurohálózatos adatfeldolgozás egyik legnagyobb elınye ugyanis, hogy csak “mutatni kell a mintákat” s a kezelı által adott válaszokat rögzítve, nagy biztonsággal ad a rendszer korrekt válaszokat anélkül, hogy a mélyebb magyarázatok, okok tudására szüksége lenne. Ezzel a megoldással jelentıs mértékben kiszélesedtek az optikai tulajdonságokban rejlı információk gyakorlati felhasználásnak lehetıségei. Mi, az SZFKI részérıl a megvilágító, spektroszkópiai és képfelvételi feladatokat oldottuk meg. A számítástechnikai és ellipszometriai munkát, partnereink végezték.
“FURMÁNY” KÉPALKOTÓ ELLIPSZOMÉTER MFA - SZFKI
Az ellipszometria, azaz a sík felületek optikai reflexiójának szög- és polarizációfüggı vizsgálata nagyon sok információt szolgáltat a vizsgált minták minıségérıl, rétegzettségérıl, sokszor még a felület alatti rétegekrıl is. Emiatt ez a technika a mikroelektronikai ipar egyik legfontosabb minıségellenırzı módszere. (IC és napelem gyártás) A klasszikus ellipszométer a minta egy pontját világítja meg és hosszú idı alatt, a szög és polarizáció (esetleg spektrum) változtatásával győjti be azokat az adatokat, amik a minták minısítéséhez szükségesek. Az egy pontban, tipikusan a laboratóriumban, hosszú idı alatt elvégezhetı mérés kiválóan használható a kísérleti fázisban, de teljesen alkalmatlan a gyártás során történı ellenérzésre. Célunk egy olyan képalkotó ellipszométer kifejlesztése volt, mely rövid idı alatt nagyobb minta teljes felületérıl is használható adatokat nyújt a gyártási technológia korrektségérıl. A korábban használt párhuzamos megvilágítással szemben, mi egy pontforrásból származó, divergens fénnyel világítottuk meg a mintát. Ennek a fénynek a kúpjában széles fény-beesési szögtartomány egyszerre jelen van, s a mintáról visszavert képet egy CCD mátrixon detektálva a teljes felületet egyszerre vizsgálhatjuk. A minta lineáris mozgatásával (gyártósoron automatikusan ez adódik) minden felületpont minden kívánt szögértékkel meg lesz világítva, azaz a kitőzött célt elértük. A berendezés pontos ellipszometriai méréseken túlmenıen, adott gyártási hibákra optimalizált beállítással egyszerő képkiértékelési módszerekkel (az ellipszometriai adatok kiolvasása nélkül) alkalmas gyors érzékeny real time gyártásellenırzésre is. Az ötlet és az optikai, valamint megvilágító rendszer SZFKI-s rész. Az ellipszometria, spektrumbontás és hatásfoknövelés az MFA-t dicséri. A hazai szabadalom mellett nemzetközi bejelentés is folyamatban ….segítséggel.
“SUNSET” REFELKTOMÉTER (ELLIPSZOMÉTER) nem sík felületek ellipszometriai vizsgálatára MFA-SZFKI
Az ellipszometria felületelemzı képességei egészen különlegesek. A ma használatos technika ez idáig sajnos, csak sík felületek vizsgálatát tette lehetıvé. Szeretnénk remélni, hogy sikerült egy olyan megoldást találnunk amivel, - bizonyos megkötésekkel – nem sík (rücskös, hullámos, amorf stb.) felületek is mérhetıek lesznek. Az alapötlet az u.n.: SUNSET” elrendezés. Lényege a képen látható: ha egy pontforrással (vagy szigorúan párhuzamos) világítunk meg nem sík, itt, pl. hullámos felületeket és a visszavert képet egy lyukkamerával rögzítjük, akkor, optimális esetben olyan felületi csillogást detektálunk, ahol az egyes csillogó pontokra esı fény beesési szöge a rendszer geometriájából egyértelmően meghatározható, azaz a szögfüggı relflexiómérés elvégezhetı. Természetesen nem kaphatunk az ilyen teljes felület minden pontjáról információt, de már így is drasztikusan kiterjesztettük a mérési lehetıségeket. Ügyes, felületminıséghez illesztett speciális elrendezésekkel sokszorosára növelhetı a még mérhetı felületelemek száma. Reményeink szerint az amorf és görbült felületek ellipszometriája mellett a biológiai minták (növények, emberi és állati bır stb. felületek) elemzésében érhetünk el eddig ismeretlen eredményeket.
Egy csokor szabadalom a 19-bıl:
KÖSZÖNETEK:
(Szerkesztés alatt)
