Laser jest mniejszy od drobinki piasku. Pasek laserowy ma 2-3 mikrony szerokości i pół milimetra długości. To cud natury, że z tak małego przyrządu można wydobyć kilka watów światła. Żeby wyprodukować laser potrzeba kilkudziesięciu operacji technologicznych.

Polacy to potrafią, ale prace odbywają się w skali laboratoryjnej. Większa produkcja wymaga inwestycji i wybudowania fabryki diod laserowych.

Matryca laserowa. Fot. TopGaN, IWC PAN

Mogłaby ona zaspokajać potrzeby w zakresie produkcji projektorów laserowych o doskonałej rozdzielczości, dających feerię czystych barw; superwydajnej komunikacji, a także w przemyśle motoryzacyjnym przy produkcji inteligentnych świateł samochodowych.

Wszystkie zastosowania są jednak odwlekane z roku na rok, bo brakuje podłoży z azotku galu, na których hoduje się struktury epitaksjalne do diod laserowych. Polacy udoskonalają technologię produkcji kryształów azotku galu. Prace badawcze i pilotażową produkcję prowadzą w Polsce firmy TopGaN (spin-off z Instytutu Wysokich Ciśnień PAN) i Ammono.

"Staramy się, by w Polsce powstał duży przemysł. Na razie tworzymy w Warszawie pilotażową linię produkcyjną. W tej chwili w laboratorium firma produkuje bardzo dobre lasery fioletowo-niebieskie, ale dość drogie, bo wykonywane w małych ilościach. W przemyśle bardzo ważny jest efekt skali, jeżeli coś jest produkowane w milionach sztuk, może kosztować 1 euro, ale w małych ilościach - jest drogie" - tłumaczył PAP prof. dr. hab. Michał Leszczyński z Instytutu Wysokich Ciśnień (IWC) PAN.

Polskie diody kupują np. producenci zegarów atomowych, do których potrzeba wyspecjalizowanych laserów o odpowiednich długościach fali i mocach. Takie zegary mogą być stosowane w kosmosie w urządzeniach zsynchronizowanych i komunikujących się ze sobą. Zegary służą również do komunikacji podwodnej, np. w łodziach podwodnych czy rybołówstwie - ponieważ światło niebieskie jest mało pochłaniane przez wodę, a dodatkowo trudno je wykryć jakąś echosondą.

Polacy to pionierzy w produkcji diod laserowych, twórcy kilku unikatowych technologii. Zaczęło się od kryształów. Jak wyjaśnił prof. Leszczyński, każdy przyrząd elektroniczny składa się z trzech części - podłoża, dalej z cienkich warstw kryształów, które nazywamy epitaksjalnymi, a w końcu z processingu, na który składa się izolacja, kontakty metaliczne, podłączenie do prądu.

"Polska przed 20 laty była jedynym krajem, gdzie produkowano podłoża. A nie jest to łatwe! Produkcja wymaga bardzo wysokiego ciśnienia - 10 tys. atmosfer, i temperatury 1500 stopni. My takie warunki potrafiliśmy stworzyć. I, choć później okazało się, że podłoża azotku galu można robić innymi metodami i metoda wysokociśnieniowa została zarzucona, to trzeba pamiętać, że właśnie z Polski wyszedł impuls, który napędził kolejne technologie" - przypomniał profesor.

W 2001 r. dyrektor Instytutu Wysokich Ciśnień prof. Sylwester Porowski zdecydował, że warto otworzyć firmę, która będzie kiedyś produkować lasery. Tak powstał TopGaN (od chemicznego symbolu azotku galu - GaN). Technologię wniósł IWC, a 30 mln zł zainwestował prywatny inwestor, prezes Andrzej Kasprowiak. Obecnie firma realizuje ponad 10 grantów, w 2013 r. otrzymała Kryształową Brukselkę za największą liczbę grantów europejskich. TopGaN ściśle współdziała z IWC, gdzie kupiono urządzenia i zorganizowano laboratoria warte ponad 100 mln zł. Kolejne "cegiełki" technologii podłoży były opracowywane częściowo za pieniądze instytutu, częściowo ze środków konsorcyjnych.

"Często uczestniczymy w targach sprzętu elektronicznego. Jesteśmy pytani o to, kiedy rozpoczniemy produkcję w milionach sztuk. Rozwinięcie dużego przemysłu zależy od wybudowania fabryki. Na razie produkcja odbywa się na linii laboratoryjnej. Czeka nas przeskok z 10 tys. sztuk rocznie na 5 mln sztuk. Przygotowujemy dużą inwestycję, dzięki której powstanie linia pilotażowa. Jeżeli będzie ona dobrze działać, w fabryce zostanie powielona kilkukrotnie" - szacuje rozmówca PAP.

Zgodnie z wizją rozwoju technologii realizowaną w firmie TopGaN, fabryka powstanie w Polsce, we współpracy z polskim przemysłem, który chce inwestować w to przedsięwzięcie. Jeśli zostaną dokupione urządzenia, poprawi się nie tylko ilość produkowanych laserów, ale tez powtarzalność. Obecnie wiele czynności trzeba wykonywać ręcznie, np. mycie, proces wymaga też trawienia i litografii, czyli robienia bardzo wąskic ścieżek elektrycznych widocznych tylko pod mikroskopem. W tej sytuacji łatwo o błąd i defekty, które później obniżają sprawność przyrządów zbudowanych z diod.

Linia pilotażowa będzie półprzemysłowym sposobem produkcji, który daje powtarzalne wyniki i np. pół miliona sztuk rocznie. Taka linia będzie konstruowana mniej więcej przez trzy lata, a za dwa lata zostanie podjęta decyzja, czy Polska buduje fabrykę.

Zespół Instytutu Wysokich Ciśnień i TopGaN pracuje wspólnie i częściowo się przenika. Prof. Porowski był twórcą firmy. Eksperci od podłoży azotku galu to prof. Izabella Grzegory, która jest dyrektorem instytutu i prof. Michał Boćkowski. Epitaksją, czyli wykonywaniem warstw, zajmuje się prof. Michał Leszczyński i prof. Czesław Skierbiszewski. Specjalistami od diod laserowych są prof. Piotr Perlin i prof. Tadeusz Suski. Teoretycy, którzy wspierają grupę obliczeniami, to prof. Stanisław Krukowski i prof. Izabela Gorczyca. Fizycy wykonują wyliczenia np. dotyczące układu warstw w laserze, żeby świecił on jak najmocniej, albo ustalają, jak dobrać reagenty, żeby warstwa dobrze urosła. Siedmiu profesorów wspiera kilkudziesięciu doktorów.

Zdaniem prof. Leszczyńskiego to ewenement na skalę polską, że udało się stworzyć tak liczną grupę ludzi, blisko 70 osób, którzy pracują nad jednym celem. Wykonują oni badania, które później opisują w pracach doktorskich, wzbogacając dorobek nauki polskiej.

PAP - Nauka w Polsce, Karolina Olszewska. Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl