Z prof. dr. hab. SYLWESTREM POROWSKIM

Panie Profesorze, jak powstała idea budowy niebieskiego lasera półprzewodnikowego?
W potocznym myśleniu laser kojarzy się z rozrywką, pokazami gry świateł laserowych świecących prostymi smugami. Natomiast lasery półprzewodnikowe są inne, chociaż bazują na tym samym zjawisku, któremu podstawy dał Albert Einstein. Laser półprzewodnikowy jest urządzeniem, które w sposób niesłychanie wydajny zamienia energię elektryczną na światło o bardzo specyficznych własnościach, tzw. światło spójne. Pierwszy laser półprzewodnikowy powstał już ponad 40 lat temu i był zbudowany z arsenku galu (GaAs). Świecił w podczerwieni, a parę lat później skonstruowano również lasery świecące czerwono. Barwa emitowanego światła zależy od materiału, z którego zrobiony jest laser. Od początku wiadomo było, że idealnym materiałem, z którego można by zrobić laser niebieski są monokryształy azotku galu GaN. Jest to półprzewodnik idealnie dopasowany do generowania światła niebieskiego. Nie występuje on jednak w przyrodzie, a jego synteza i krystalizacja wymaga ekstremalnych warunków, trudniejszych nawet niż synteza diamentu. Z uwagi na te trudności, Japończycy zastosowali kryształy szafiru, na których zdołali zbudować aktywną część lasera z azotku galu. Pierwszy niebieski laser półprzewodnikowy zbudowany w ten sposób przez Shuji Nakamurę zaświecił w 1996 roku.

Jak powstała polska idea, program?
Jak wspomniałem wcześniej, główną trudnością w skonstruowaniu niebieskiego lasera był brak monokryształów azotku galu GaN. Problem ten w jakiś sposób stworzył szanse dla nas. W Instytucie Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk potrafimy stworzyć warunki wysokich ciśnień i wysokich temperatur odpowiednie dla syntezy diamentu.
W związku z tym, łatwiej niż innym, było nam otrzymać azotek galu. Po ponad 10 latach badań udało się nam opracować technologię monokryształów tego półprzewodnika
o jakości krystalograficznej wielokrotnie lepszej niż kryształów uzyskiwanych w innych laboratoriach na świecie. Ten niezwykle ważny wynik był główną przesłanką do opracowania w Polsce technologii produkcji laserów niebieskich. Posiadanie najlepszych kryształów dawało nam szanse konkurowania w pewnych obszarach z technologią japońską.

Kiedy Pana zespól rozpoczął prace?
Prace nad rozpoznawaniem właściwości azotku galu rozpoczęliśmy na początku lat 80., natomiast nad kryształami dziesięć lat później. W 2000 r. ruszył Rządowy Program budowy niebieskiego lasera. Pierwszy polski laser został uzyskany w 2001 roku.

Na co jest nasz polski patent?
Na “hodowanie” monokryształów azotku galu oraz na zastosowanie tych monokryształów w produkcji laserów. Szczególnie ważna jest opatentowana przez nas możliwość uzyskiwania struktur laserowych metodą MBE (epitaksja z wiązek molekularnych), co uniezależnia nas od patentów japońskich.

Kto finansuje te badania i uruchomienie produkcji?
Jesteśmy Instytutem Polskiej Akademii Nauk i podstawowym źródłem finansowania jest budżet państwa. Natomiast program niebieskiego lasera jest współfinansowany przez inwestora prywatnego, który wspólnie z Instytutem utworzył spółkę TopGaN.

Jakie są obszary zastosowań laserów niebieskich?
Wszyscy wiedzą, że lasery czerwone mają zastosowanie np. w nagrywarkach CD i DVD, czy w medycynie. Lasery niebieskie charakteryzują się tym, że mają bardzo krótką długość fali, co w zapisie na dysku można obrazowo porównać do pisania lepiej zatemperowanym ołówkiem. Inaczej: można stawiać mniejsze znaczki, a tym samym zapisać więcej informacji nie zwiększając powierzchni zapisu. Z drugiej strony, jeśli będziemy posiadali lasery czerwone, niebieskie i zielone, to będzie można tworzyć dowolne obrazy o bardzo wysokiej rozdzielczości i bardzo wysokim stopniu nasycenia kolorów. Jest to bezpośrednio związane z budową naszego oka.
Trzecia dziedzina natychmiastowych zastosowań wykorzystuje bardzo wysoką energię kwantu światła niebieskiego czy ultrafioletowego. Dzięki niej można pobudzać do świecenia różne substancje, co umożliwia ich wykrywanie na bardzo niskim poziomie. Powstały już pierwsze przyrządy laserowe wykorzystujące to zjawisko, mające zastosowanie w medycynie, wojskowości i ochronie środowiska.

Czy są już jakieś zastosowania na szerszą skalę?
Japończycy wyprodukowali pierwsze nagrywarki DVD w systemie Blu-ray, na których zapis jest pięciokrotnie gęstszy, niż na klasycznych dyskach. Na jednej płycie mieści się 25 GB, a nawet 50 GB. Urządzenia te powoli wchodzą na rynek. To dopiero początek.

Jakie rodzaje laserów produkuje TopGaN?
Produkowane są dwa rodzaje laserów. Pierwsze to lasery impulsowe dużej mocy, mające zastosowanie głównie w spektroskopii. Świecą one przez 50 nanosekund, a potem jest krótka przerwa. Takich impulsów o mocy szczytowej do 1000 mW w ciągu sekundy może być od 10.000 do 100.000. Drugi rodzaj laserów to lasery pracy ciągłej. Produkcja ich dopiero się rozpoczyna. Sprzedawane są na razie tzw. próbki inżynierskie o mocy optycznej do 200 mW. Potencjalne zastosowania tych laserów są bardzo szerokie. Na razie lasery te wykorzystywane są do prac badawczych dotyczących zastosowania ich w tworzeniu obrazów, w diagnostyce i terapii medycznej oraz ochronie środowiska.

Jak duża jest to produkcja?
Ciągle jest to produkcja w skali laboratoryjnej – kilkudziesięciu sztuk rocznie. Rozpoczęliśmy inwestycję, która umożliwi nam wytwarzanie rocznie kilkudziesięciu tysięcy sztuk tych urządzeń. Prowadzimy też rozmowy z kilkoma firmami, które zamierzają zakupić nasze lasery.

Nad czym teraz pracuje Pana zespół?
Nad rozwinięciem produkcji laserów niebieskich pracuje TopGaN. W Instytucie główny wysiłek kierowany jest na opracowanie technologii laserów ultrafioletowych. Mają one jeszcze krótszą falę i jeszcze większą energię kwantu, w związku z czym mogą być efektywniej wykorzystywane w biologii lub medycynie. Pracujemy również nad otrzymaniem pierwszego lasera zielonego. Jest to zagadnienie niesłychanie ważne, a wydaje się, że nasza technologia znakomicie się do tego nadaje ze względu na istotnie niższą niż w technologii japońskiej temperaturę tworzenia aktywnej części lasera.

Dlaczego do kompletu brakuje trzeciego koloru – zielonego?
Półprzewodnikowy laser zielony jest jeszcze trudniej zrobić niż niebieski, ze względu na skład jednej z aktywnych części przyrządu (musi zawierać dużo indu – co psuje jakość sieci krystalograficznej). Bardzo dobra jakość naszego kryształu podłożowego GaN może znacznie ułatwić wykonanie potrzebnej struktury. Liczymy, że właśnie nam się to uda.

Panie Profesorze, jak Pan ocenia stan polskiej nauki?
Myślę, iż w Polsce jest cały szereg obszarów nauki, w których reprezentujemy absolutnie światowy poziom. W pewnych zagadnieniach, z dziedzin takich jak np. biotechnologia, spintronika, niebieska optoelektronika czy informatyka możemy śmiało konkurować z nauką światową. Dotychczasowa polityka państwa polegała na równomiernym rozdziale środków finansowych na wszystkie dziedziny. Nie było systemów, dzięki którym potrafiono by wybrać te, które mogą mieć istotny wpływ na gospodarkę i w których nie tylko możemy ścigać się ze światem, ale i mieć poważne szanse na wygraną. Obecne propozycje reorganizacji polskiej nauki idą w dobrym kierunku. Nowy system finansowania będzie preferował duże projekty zawierające zarówno badania podstawowe, jak i aplikacyjne zmierzające do uruchomienia konkretnej produkcji. Projekty takie mogą wymagać tworzenia interdyscyplinarnych zespołów badawczych.

Czy polski przemysł będzie współfinansował takie programy?
Jeżeli proponowane projekty będą realistyczne i dobrze skorelowane z potrzebami rynku to jestem optymistą. Myślę, że powoli uda się wypracować metody takiej współpracy. Chociaż myślę również, że nie będzie to łatwe i, że w początkowej fazie udział Państwa w ich finansowaniu będzie musiał być wyższy niż w krajach wyżej rozwiniętych.

Czy koncerny zagraniczne mogłyby dofinansowywać te programy?
Oczywiście tak. Na przykład tworzone ostatnio Europejskie Platformy Technologiczne mogą w tym pomóc w bardzo istotny sposób.

Czego życzy Pan sobie jako naukowiec?
Żeby w obszarach, w których polska nauka jest naprawdę dobra, powstawały skutecznie finansowane programy badawcze, które oprócz celów poznawczych miałyby również osiągnięcia praktyczne. Życzyłbym sobie także, żeby to właśnie u nas zaświecił pierwszy zielony laser półprzewodnikowy.

Dziękuję za rozmowę.