Morten Bache

Fødested, gymnasium og bopælskommune

København, Sønderborg Statsskole, Københavns Kommune

Fagområde

Optik (ulineær), lasere, fysik

Forskningsprojekt

Ekstremt korte laserimpulser til folket.

Kort beskrivelse af projektet

Ultrakorte femtosekund laserpulser udfordrer grænserne i optik: takket være deres ekstremt korte varighed (5-20 femtosekunder, 1 femtosekund=10^-15 s eller 1 billiardtedel sekund) kan utrolige intensiteter opnås selv om deres energi er lille, og det gør det muligt at studere meget svage og eksotiske ulineære effekter. Ingen lasere kan direkte danne så korte laserimpulser. Derfor må man i dag bruge meget komplicerede opstillinger og dyrt udstyr for at danne dem, især i de synlige og nærinfrarøde områder, der er ekstremt vigtige for medicinen og biofysikken. Ideen med dette projekt er at bruge ulineære optiske bølger (solitoner): først dannes længere laserimpulser af billige, stabile, effektive og kompakte pulserede højeffekts-fiberlasere. Sendes impulserne så ind i en ordinær ulineær krystal kan solitoner dannes. De har den særlige egenskab, at de kan komprimere en længere impuls helt ned til få femtosekunders varighed. Kombinationen af en billig laserkilde og enkelt udstyr vil gøre, at man i modsætning til i dag vil kunne bruge ultrakorte laserimpulser til kommercielle formål: ultrakorte femtosekund laserimpulser vil blive folkeeje.

De forskningsmæssige udfordringer og perspektiver

En af de afgørende udfordringer vil være at have så stor kontrol over parametrene i processen, at man rutinemæssigt kan danne så korte impulser, som vi jagter. For at de industrielle og medicinske perspektiver kan blive forløst, er det vigtigt, at lægen for eksempel ikke hele tiden skal have en tekniker rendende for at rode med systemet. En anden stor udfordring vil være at danne ultrakorte synlige impulser: de fleste pulserede lasere opererer i det infrarøde regime, og med dette projekt vil vi afprøve helt nye teknikker til at danne ekstremt korte synlige impulser. Der er også store krav til, at den komprimerede impuls har et rent rumligt tværsnit. Det skyldes, at for eksempel nanokirurgi kræver en kraftig fokusering af den korte impuls, hvilket kun er muligt, hvis tværsnittet er rent. Endelig skal eksperimenterne udføres på DTU Fotonik, og det bliver en stor udfordring at få dem sat i gang.

Hvad er de langsigtede perspektiver?

Forhåbentlig vil projektet medvirke til at gøre ultrakorte femtosekund-impulser tilgængelige som hverdags-”værktøjer” for for eksempel industrielle anvendelser og inden for laserkirurgi. Anvendelserne af ultrakorte femtosekund laserimpulser er mange. Med femtosekund-laserimpulser kan man filme blandt andet kemiske reaktioner og molekylære vibrationer real-time: præcis som at se en person i stroboskoplys, kan man få et unikt indblik i, hvordan processerne forløber trin for trin. Impulserne kan også bruges til nanokirurgi, hvor blandt andet ikke-invasiv kirurgi af levende celler er muligt, og til mikromaskine-forarbejdning af materialer med nanometer-opløsning. Endelig bruges ultrakorte femtosekund-impulser til at danne de korteste impulser, der nogensinde er frembragt, nemlig attosekund-impulser. Attosekund-impulser er så korte, at de kan bruges til at afbilde elektronernes bevægelser omkring et atom, og vil ultimativt kunne bruges til også at manipulere elektronens bevægelser.

Hvordan forholder projektet sig til områdets internationale udvikling?

Der er i dag stor fokus på forskning og udvikling af pulserede fiberlasere, da de er robuste, stabile, kompakte og billige. For højeffekts-fiberlasere er det dog svært at danne impulser kortere end 300 femtosekunder. Derfor vil vores metode have en stor betydning for disse lasere, da det med denne vil være muligt med udgangspunkt i de eksisterende og kommende fiberlasere at danne ultrakorte (5-20 femtosekunder) laserimpulser. Der findes ikke konkurrerende metoder for komprimering af højeffekts-fiberlasere. I projektet samarbejder vi med en af de førende fiberlaser-forskere i dag, professor Frank Wise fra Cornell University, USA. Hans gruppe var de første, der lavede komprimering af impulser med solitoner i ulineære krystaller. Det er hans gruppes eksperimenter og vores teoretiske arbejde, som projektet er bygget op omkring. Vi vil også samarbejde med grupper i Australien, Tyskland, Frankrig og Italien.

Hvordan opstod din interesse for netop dette forskningsfelt?

Jeg har i mange år arbejdet med ulineære optiske processer og frekvenskonvertering af laserlys. Lasere opererer i meget begrænsede områder af det synlige og infrarøde spektrum, og man bruger så ulineære materialer til at konvertere laserlys til områder, hvor lasere ikke (nemt) kan danne lys. For eksempel var laserne i de første prototyper af den nye generation af BluRay DVD afspillere faktisk en infrarød laserstråle, der var frekvenskonverteret til det blå. Det er dog ikke enkelt at frekvenskonvertere ultrakorte impulser, og netop dette studerede jeg i et Steno-stipendie fra FNU, som udløb i år. I forbindelse med dette arbejde præsenterede jeg nogle teoretiske beregninger omkring frekvenskonverteringer af impulser i optiske fibre ved en større konference i USA, og der blev jeg kontaktet af professor Frank Wise fra Cornell University, USA, og en af hans daværende ph.d.-studerende. De arbejdede med solitoner og impulskomprimering, og de mente, at resultaterne af mine beregninger kunne være interessante, når man skulle opnå helt korte impulser i det nær-infrarøde område. Derved opstod der et længerevarende samarbejde, som nu efterhånden har givet en masse nye ideer.

Hvilke muligheder giver pengene fra Ung Eliteforskerprisen dig?

Pengene giver i stor udstrækning en større frihed til at have de rette eksperimentelle forhold. Der er altid uforudsete udgifter forbundet med eksperimenter, og budgettet til projektet var lagt meget stramt. Desuden vil der være plads til at invitere førende internationale forskere til Danmark.

Lidt om mennesket bag forskeren

Jeg har igennem min karriere været en del i udlandet, men intet ophold har betydet mere for mig end mine tre år som postdoc i Italien. Der mødte jeg nemlig min kone Barbara, og vi blev gift i 2005. Jeg har fået en stor åbenbaring ved at lære den italienske kultur at kende, og i dag taler jeg perfekt italiensk, lige som min kone nu taler perfekt dansk. I min fritid er jeg en meget entusiastisk langdistanceløber, og jo længere distancen er jo bedre for mig. Jeg har løbet fem maratonløb gennem tiderne, omend det sidste i 2003 er ved at fortabe sig lidt i horisonten. Det har nok også lidt at gøre med, at livet er for kort til at løbe langsomme maratonløb. Derudover lytter min kone og jeg til utroligt meget musik, især indie-rock og electronica, og går ofte til koncerter: vores yndlingssted er Vega på Vesterbro. Vores fritid bruges også til biografture, teaterture, at læse bøger og at rejse. 

Fødested, gymnasium og bopælskommune

Født i København, student fra Sønderborg Statsskole og bopæl i Københavns Kommune.

Forskningsrådets begrundelse for tildeling af prisen

Morten Bache er 34 år og opnåede ph.d.-graden i 2002 i et samarbejde mellem Danmarks Tekniske Universitet og det daværende Forskningscenter Risø. Hans efterfølgende postdoc-projekt blev udført på University of Insubria i Italien, hvor han arbejdede med at modellere og simulere udbredelsen og dynamikken af lys i ikke-lineære materialer. Fra Forskningsrådet for Teknologi og Produktion har Morten Bache i efteråret 2008 modtaget støtte til forskningsprojektet ”Few-cycle femtosecond optical pulses in the visible and nearinfrared”, der fokuserer på at generere ultrakorte, femtosekund, optiske pulser baseret på anvendelse af soliton-effekter i ikke-lineære krystaller. Perspektivet er en kompakt og billig pulskilde i det nær infra-røde og synlige spektrum, som vil have mange industrielle anvendelsesmuligheder. Projektet omfatter et stærkt internationalt samarbejde. Morten Bache har allerede en omfattende videnskabelig produktion.

Yderligere oplysninger om projektet

Morten Bache. Telefon: 4525 3775 (arbejde), 4690 3274 (hjemme), 2798 8551 (mobil); e-mail: (arbejde) eller (privat)

Yderligere oplysninger om baggrunden for prisen

Formand for Forskningsrådet for Teknik og Produktion, professor Marcel A.J. Somers. Telefon: 4525 2250, e-mail:

Forskningsprojektets videnskabelige titel

Femto-VINIR: Få-cyklus femtosekund optiske impulser i det synlige og nær-infrarøde.

Bevilling fra Forskningsrådet for Teknik og Produktion

5.377.321 kr.

Ansættelsessted

Danmarks Tekniske Universitet

Forskningsprojektet udføres på

Danmarks Tekniske Universitet, DTU Fotonik