Laserové Centrum HiLASE přináší Superlasery pro reálný svět

Výzkumné aktivity a projekty Centra HiLASE Fyzikálního ústavu AV ČR vedou k přelomovým výsledkům v oblasti laserových technologií.  Úspěšně propojují oblasti vývoje, výzkumu, průmyslu a plní pak svou misi Superlasery pro reálný svět.

Centrum HiLASE tvoří významnou součást Fyzikálního ústavu AV ČR, v.v.i. Zabývá se experimentálním vývojem nové generace diodově čerpaných pevnolátkových laserů s vysokou energií v pulzu a zároveň vysokou opakovací frekvencí.HiLASE Centre

V rámci období 1. 1. 2016 až 31. 12. 2020 byl úspěšně realizován projekt LO1602, HiLASE: Superlasery pro reálný svět spolufinancovaný z Národního programu udržitelnosti (NPU I). Celková výše podpory z NPU I činila 165 056 000 Kč.
Hlavním cílem projektu bylo zajištění dlouhodobého a efektivního využívání jedinečné infrastruktury Centra HiLASE s laserovými zařízeními pro vynikající výzkum s maximalizací dopadů výsledků výzkumu a vývoje na společnost. Nejdůležitějšími výzkumnými programy s fokusem na uživatele z oblasti výzkumu a průmyslu byly:

  1. Vývoj pulsních tenkodiskových diodově buzených pevnolátkových laserových systémů třídy kW s energií až do úrovně J pro průmyslové a vědecké aplikace.
  2. Vývoj multideskového laserového systému třídy 100 J/10 Hz a validace počítačových kódů, které mají prokázat škálovatelnost na úroveň 1 kJ.
  3. Vývoj budoucího průmyslového využití laserů vyvinutých v programech č. 1 a 2 a vývoj klíčových technologií pro zesilovače s vysokou opakovací frekvencí ve spolupráci s průmyslem.

Výše uvedené programy byly úspěšné a dosáhly velmi zajímavých hlavních i dílčích výsledků. Některé z nich svou unikátností výrazně ovlivnily svět laserových technologií, jako takový. Výběr těch nejzajímavějších následuje.

Byla vyvinuta pikosekundová laserová platforma Perla 100 s vlnovou délkou 1030 nm, která obsahuje bezpečnostní prvky a prvky pro integraci do aplikačních experimentů. „Systém má délku pulsu 0.9 ps a kvalitu svazku M2 = 1.1, což je při středním výkonu až 100 W, opravdu unikátní“ upřesňuje Ing. Martin Smrž, Ph.D., Vedoucí oddělení: Vývoj pokročilých laserů.

Z hlediska vědeckých i průmyslových aplikací, zejména v oblasti polovodičů a organických materiálů je důležité zmínit i vývoj přeladitelného optického parametrického systému emitujícího pikoskeundové pulsy ve spektrální oblasti 1.5 – 3.2 mm. „Ten je založený na optickém parametrickém generátoru s periodicky pólovaným LiNbO3 krystalem a optickým parametrickým zesilovačem na bázi KTA krystalu,“ doplňuje Ing. Ondřej Novák, Ph.D., Vedoucí týmu: Nelineární optika. Dále byl demonstrován laser s novým typem aktivního prostředí (Yb:YGAG), které umožňuje dosažení pulsů v oblasti stovek femtosekund při zachování všech výhod Yb.YAG.

K nejdůležitějším výsledkům patří příprava sesávaného slabu Yb:YAG/Cr:YAG z monokrystalického materiálu a jeho otestování v kryogenním laserovém zesilovači. Díky tomu se výrazně snížilo riziko udržitelnosti provozuschopnosti laserového systému BIVOJ.

Dalším významným výsledkem je zprovoznění senzoru vlnoplochy na bázi algoritmu rekonstrukce fáze. „V podstatě se podařilo vytvořit senzor, který je víceméně nezávislý na vlnové délce. Nepotřebuje detektor s vysokým prostorovým rozlišením a tím pádem v podstatě postačuje mít pouze jednorozměrný detektor (fotodioda) a reflexní  materiál pro danou vlnovou délku,“ komentuje Ing. Martin Divoký, Ph.D., Vedoucí týmu: Vysokoenergetické deskové lasery.

Dále byl vyroben a úspěšně otestován Faradayův izolátor pro malé svazky, což vedlo k minimalizaci rizika u vývoje Faradayova izolátoru pro 100 J kilowattový laserový systém BIVOJ. Také byl dokončen zdroj pro Pockelsovy cely.

Snad největším úspěchem průmyslových aplikací je zavedení technologie Laser Shock Peening (LSP) do České republiky a to hned na unikátním laseru BIVOJ, který nemá ve světě obdoby. „Díky optimalizaci procesů LSP, vylepšení optických a laserových technologií lze provádět charakterizaci plazmatu s větší přesností, což znamená lepší porozumění procesům interakce laseru a hmoty,“ říká Ing. Jan Brajer, Ph.D., Vedoucí oddělení: Průmyslové aplikace laserů. Zavedení a zprovoznění LSP technologie přineslo nejen zajímavé výsledky, ale i nové možnosti spolupráce.

Centrum HiLASE neustále rozvíjí spolupráci s mezinárodní vědeckou komunitou, širokou skupinou strategických partnerů z vědecké, akademické, veřejné a průmyslové sféry včetně odborných asociací, což má prokazatelný vliv na  celkové zvyšování konkurenceschopnosti České republiky v oblasti laserových technologií. Mezi významné mezinárodní projekty Centra podpořené z programu Horizon 2020 patří např. HiLASE Centre of Excellence, iQonic a ATLANTIC.

Realizace výzkumných aktivit Centra HiLASE vede k dosahovaným unikátním výsledkům, což dokazuje i nedávný světový rekord superlaseru BIVOJ, kdy bylo stabilně dosaženo energie 145 J a v maximu 146,5 J v 10 ns trvajícím pulzu při opakovací frekvenci 10 Hz na vlnové délce 1030 nm. Vedoucí Centra HiLASE, Ing. Tomáš Mocek, Ph.D., dodává: “…získali jsme velký technologický náskok a otevírá se nám tak cesta k novým významným aplikacím laserů pro zpracování materiálů, zušlechťování povrchů a základní výzkum interakce laserového záření s hmotou.“

„Výsledky našich vědeckých týmů jsou publikovány  v kvalitních odborných impaktovaných časopisech a mají velmi dobrý citační ohlas, “ informuje Tomáš Mocek  a dodává, … zároveň je kolegové prezentují na mezinárodních konferencích a workshopech. Pro širší veřejnost probíhají popularizační a vzdělávací aktivity a velký důraz klademe i na spolupráci se základními, středními a hlavně vysokými školami.

Veškeré aktivity Centra HiLASE společně s neustálým procesem zvyšování vědecké excelence a inovační kapacity, velmi významně ovlivňují i regionální rozvoj Středočeského kraje, STAR regionu i samotných Dolních Břežan.