Laboratorium Procesów Ultraszybkich (LPU)

Badamy własności fotofizyczne nowych materiałów fotoaktywnych, np. struktur emitujących światło spolaryzowane kołowo, nanocząstek do zamiany światła podczerwonego na widzialne, lub barwników do laserowania wzbudzanego dwufotonowo za pomocą stacjonarnych i czasowo-rozdzielczych technik spektroskopowych. Analizując oddziaływanie tych materiałów ze światłem i badając wpływ środowiska, w jakim się znajdują na ich fotofizykę, możemy zrozumieć mechanizmy leżące u podstaw ich działania i przyczynić się do optymalizacji własności nowych materiałów.

Tworzenie i zrywanie wiązań chemicznych, czy zmiany strukturalne w cząsteczkach chemicznych zachodzą w czasach dużo krótszych niż jedna pikosekunda. Badanie tak szybkich zjawisk możliwe jest jedynie dzięki wykorzystaniu ultrakrótkich, trwających femtosekundy impulsów światła laserowego: jednym impulsem można zainicjować badany proces a drugim, opóźnionym w stosunku do pierwszego o zadany czas, monitorować jego przebieg. Wykorzystując ten schemat badamy dynamikę elementarnych reakcji chemicznych, np. polegających na przeniesieniu atomu wodoru, co pozwala m. in. weryfikować kwantowe modele używane do ich opisu.

Dotychczas światło rzadko było rozważane w kontekście metod diagnostycznych, które mogą być wykorzystane do obrazowania tkanek w innej postaci niż wycinki oglądane pod mikroskopem. Powodem tego jest silne rozpraszanie światła przez tkanki i mała wrażliwość światła na zmiany w tkankach zachodzące na poziomie mikroskopowym. Sytuacja ta ulega obecnie zmianie, dzięki opracowaniu technik pozwalających pokonać rozpraszanie i umożliwiających skupienie światła w głębi tkanki, a także dzięki rozwojowi metod opartych o nieliniową (wielofotonową) absorpcję światła i proces emisji wymuszonej. Wykorzystując własności ultrakrótkich impulsów światła opracowujemy metody wykrywania patogennych białek w tkankach, oparte np. o generację światła laserowego wewnątrz badanej tkanki lub zjawisko mikroskopię emisji wymuszonej.

Dynamicznie rozwijające się technologie kwantowe mogą doprowadzić do opracowania przełomowych wynalazków, takich jak komputer kwantowy i doprowadzić do przełomów w takich obszarach jak informatyka, telekomunikacja i metrologia. W ostatnich latach intensywnie pracowano nad rozwojem metod generacji stanów kwantowych światła i ich modyfikacji, ale wciąż zaskakująco mało wiadomo na temat oddziaływania takich stanów światła z materią. Obecnie pracujemy nad budową źródła stanów splątanych światła, które będzie można wykorzystać do doświadczeń spektroskopowych, w tym pomiarów czasowo-rozdzielczych, w których femtosekundową rozdzielczość czasowa będzie można zostać uzyskania bez stosowania źródeł femtosekundowych impulsów laserowych.