Az itt bemutatott, néhol többfelé is ágazó kutatómunka egyes részeredményeinek hasznosulását tekintve fontos megemlíteni, hogy a hosszú rezonátoros titán-zafír lézeroszcillátorok, melyeknek kutatásában és fejlesztésében a kezdetektől fogva részt vettem, időközben a Femtolasers GmbH termékévé váltak, a piacra bevezetett több változatból a legnagyobb energiájú mintegy 650 nJ-os impulzusokat biztosít 4 MHz ismétlési frekvenciával és 50 fs-os impulzushosszal, amennyiben rendelkezésre áll 15 W pumpáló lézerteljesítmény. Hosszú rezonátoros titán-zafír és itterbium-alapú lézerek kimenetének nagy magátmérőjű fotonikus kristály szálakban megvalósítható spektrális kiszélesítésével és impulzusaik összenyomásával kapcsolatos eredmények szintén termékfejlesztéshez vezettek a több csoport által folytatott kísérleteknek és az ezekről megjelent közleményeknek köszönhetően. A Femtolasers GmbH (jelenleg már a Newport-Spectra Physics cégcsoport részeként) XS néven forgalmaz egy erre épülő kiegészítőt, mellyel hosszú rezonátoros oszcillátorok impulzusait 15 fs-os időtartamra lehet összenyomni akár 350 nJ-os impulzusenergia mellett.
További hasznosulás, hogy a budapesti fényforrásfejlesztésnek és a nanooptikai mérőeszközök és laboratórium kiépítésének köszönhetően az ezeket magukba foglaló infrastruktúrát „Wigner Femtoszekundumos Lézerlaboratórium (FEMTOLAB)” néven országos Stratégiai Kutatásai Infrastruktúrának nyilvánították. Ennek a laboratóriumnak továbbá a Laserlab Europe hálózat társult tagi státuszát ítélték meg 2012-ben, Budapesten azóta is az egyetlen ilyen laboratóriumként. A laboratóriumot üzemeltető kutatócsoport vezetőjeként pedig Magyarországon elsőként „Max Planck Partnercsoport” státuszt nyertem el a német Max Planck Társaságtól 2014-ben.
Az egyedülálló, MHz-es ismétlési frekvenciájú titán-zafír lézeroszcillátorra alapozva egyedi lézeres tesztállomást építettünk femtoszekundumos optikai komponensek roncsolási küszöbének vizsgálatára (Nagy et al., 2015). Ennek köszönhetően az ilyen optikai elemek gyártásában vezető Layertec GmbH a budapesti laboratóriumban vizsgáltatja be újonnan fejlesztett tükreit, így az ultragyors tükrök technológiájának előreviteléhez is hozzájárulunk.
Az itt bemutatott eredmények abban a tágabban vett értelemben is hasznosultak, hogy az elmúlt években több áttekintő cikk és könyvfejezet írására is felkértek (Dombi, 2016; Dombi és Elezzabi, 2015; Dombi, 2009).
Általánosságban véve, a jelen dolgozatban bemutatott kutatómunka fő célja a diffrakciós limit alatti térbeli tartományba lokalizált elektromágneses energia és különböző anyagi rendszerek kölcsönhatásának teljesebb megértése volt. Fény (illetve a fény által keltett felületi plazmonok) és elektronok nanométeres térbeli és femtoszekundumos időbeli skálán lezajló kölcsönhatásainak vizsgálata számos, önmagában is érdekes jelenség feltárását tette lehetővé kutatásaim során. A tézispontok szempontjából vett teljesség igénye nélkül ilyenek az elektronok felületi plazmonok nanométeres terében, akár keV-os energiáig történő gyorsítása (Dombi et
al., 2010), a mért elektronenergiák és a plazmonos térnövekmény közti egyértelmű kapcsolat megmutatása (Dombi et al., 2013), vagy éppen ultrarövid, kevés optikai ciklusból álló felületi plazmonoszcillációk (Földi et al., 2015) és hullámcsomagok előállítása (Dombi et al., 2010).
Az 1-3. illetve 5-6. tézispontokban bemutatott eredmények a felületi plazmonok erőstér-kölcsönhatásainak vizsgálatára irányulnak, ezért főleg alapkutatási természetűek. Az alkalmazások és a gyakorlati hasznosulás a kutatási láncolat végén jelenik majd meg, hiszen az alapkutatási kérdések megválaszolása már most is számos módszertani fejlesztést tett lehetővé a plazmonos térnövekmény kísérleti mérésének lehetőségétől kezdve felületi plazmon-hullámcsomagok időbeli karakterizálásáig.
Fotoelektronoknak ezekre a célokra történő felhasználása több szempontból is újnak mondható és komplexebb elektronleképező-rendszerekkel (sebességtérkép-leképezés, elektronspektroszkópiai félgömbanalizátor) a plazmonos térnövekmény értékéről minden eddiginél pontosabb képet nyerhetünk majd a felület nanométeres környezetében (Thomas et al., 2013; Dombi et al., 2013).
Ezen a módszertani, diagnosztikai érdeklődésen azonban túlmutat az a törekvés, amely a kérdéses nanorendszereket olyan újfajta, integrált nanooptikai áramkörök megvalósítási platformjának tekinti, melyek a mikroelektronikus eszközök sebességét nagyságrendekkel meghaladó kapcsolási sebességeket tesznek majd lehetővé. Ez a kutatási irány az elmúlt években új lendületet kapott, a témában aktív konzorciumok szerveződnek és számos demonstrátort tudtunk megépíteni, mint például a nanoméretű, ultragyors vákuumdióda-elrendezést (Higuchi et al., 2015). Ehhez kapcsolódva több olyan kapcsolódó részfeladatot is sikerült megoldanunk, mint például kevésciklusú lézerimpulzusok adiabatikus nanofókuszálását (Vogelsang et al., 2015), melyek a későbbiekben fontos építőkövei lesznek például egy nanoméretű optikai tranzisztor architektúrájának (MacDonald et al., 2009, Krausz és Stockman, 2014). Így azt várom, hogy a bemutatott eredmények konkrét nanooptikai eszközök megvalósítását már a közeljövőben megalapozzák.
11 Köszönetnyilvánítás
Az első és legfőbb köszönet családomat illeti az elmúlt években a munkámhoz nyújtott mindenfajta, szerető és megértő támogatásért.
A munka szakmai oldalával kapcsolatban szeretnék köszönetet mondani azoknak a mentoroknak, akiket részben szerzőtársaimnak is tudhatok: Krausz Ferenc, Kroó Norbert, Farkas Győző és Czitrovszky Aladár professzoroknak. Az ő támogatásuk, a velük folytatott diszkussziók nélkül nem jöhettek volna létre a dolgozat alapjául szolgáló kísérletek és publikációk. Ugyanez igaz az MTA Szilárdtestfizikai és Optikai Kutatóintézet, majd később az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont igazgatóira, Kollár János, Buka Ágnes és Lévai Péter professzorokra. Kiemelt köszönet illeti Dr. Rácz Péter egykori doktoranduszhallgatómat és jelenlegi munkatársamat több, itt bemutatott eredmény születése során nyújtott fontos és megbízható támogatásáért. Köszönöm Koós Margit és Kamarás Katalin professzoroknak a dolgozat megírásához nyújtott értékes tanácsait.
Az elképzelések megvalósításában nagy segítséget nyújtottak az együttműködő kutatócsoportok azon vezetői és lelkes tagjai, akikkel szerencsém volt egy-egy kísérleti ötletet közösen kidolgozni, illetve akik kutatási infrastruktúrát bocsátottak rendelkezésemre: Jens Biegert, Joachim Krenn, Peter Hommelhoff, Andrius Baltuška és Abdul Elezzabi kutatócsoport-vezetők valamint csoportjaik számos korábbi és jelenlegi kutatója. Az összes, hozzájárulást nyújtó kolléga felsorolása helyett arra szeretnék rámutatni, hogy munkájuk elismerése a tézispontokhoz kapcsolódó publikációk társszerzőjeként is megjelenik. Néhányuk kimondottan fontos egyéni hozzájárulását pedig a dolgozat szövegében külön is kiemeltem. Mindannyiukat köszönet illeti a laboratóriumban vagy azon kívül nyújtott megbízható támogatásukért.