VÝVOJ POKROČILÝCH LASERŮ

Hlavním cílem tohoto výzkumného programu je vývoj diodově buzených pevnolátkových laserů s vysokým středním výkonem. Naše multi-slabové (deskové) a tenkodiskové lasery s pikosekundovými pulzy dosahují průměrného výkonu až 1 kW. ALD tým se dále věnuje návrhu a charakterizaci optických součástek a systémů, které lze při takto vysokých výkonech spolehlivě používat.

Vysoko energetické deskové lasery

Na konci roku 2016 byl na HiLASE poprvé úspěšně demonstrován laserový systém na bázi kryogenních deskových zesilovačů „Bivoj“. Bylo dosaženo energie 105 J v 10 ns trvajícím pulzu při opakovací frekvenci 10 Hz na vlnové délce 1029.5 nm. Tím se Bivoj stal prvním pevnolátkovým diodově buzeným laserem na světě dosahujícím průměrného výkonu 1 kW s řádově nanosekundy trvajícími, vysokoenergetickými pulzy. S vývojem tohoto laseru jsou spojené další technologie, například optické izolátory pro vysoké výkony, adaptivní optika a charakterizace laserových materiálů při kryogeních teplotách.

Účinné, vysokoenergetické pulzní laserové systémy pracující při vyšších opakovacích frekvencích (10 Hz a více) nacházejí využití v mnoha komerčních i vědeckých aplikacích, jako je například mikroobrábění povrchů, vytvrzování mechanických součástek laserem generovanou rázovou vlnou, nebo buzení PW laserů s femtosekundovými pulzy a extrémně vysokými intenzitami, které se dále používají ke generaci sekundárního záření (rentgenové až gama záření) nebo částic (elektronů, protonů a iontů). Další možné využití je v medicíně v nových léčebných metodách, v rentgenografii s vysokým rozlišením nebo v průmyslu či v bezpečnostním sektoru.

Tenkodiskové lasery a nelineární optika

V současné době provozujeme čtyři výkonné tenkodiskové lasery s vlnovou délkou 1030 nm založené na platformě zvané PERLA. Pomocí nelineární konverze můžeme pokrýt rozsah vlnových délek od hluboké UV oblasti s vlnovou délkou kolem 200 nm po střední infračervenou oblast s vlnovými délkami nad 3 μm, čímž se z našich tenkodiskových laserů stávají všestranné nástroje použitelné v mnoha průmyslových, biomedicínských nebo vědeckých aplikacích. Například je možné vrtat velmi přesné dírky o velikosti lidského vlasu do různých materiálů, zlepšit a zpřesnit výrobní postupy procesorů a displejů, vytvářet antibakteriální povrchy a mnoho dašího. Vývojem těchto laserů se zabýváme od roku 2012.

Námi navržená platforma tenkodiskových laserů s regenerativním zesilovačem zvaná PERLA C využívá aktivní médium Yb:YAG a je jednoduše škálovatelná pro výkony od několika málo W po 1 kW, s energií v pulzech až 100 mJ na vlnové délce 1030 nm. Typická délka laserových pulzů je kratší než 2 ps, ale zkoumáme také kompaktní femtosekundové systémy. V nedávné době jsme začali s vývojem laserového systému PERLA D s aktivním prostředím dopovaným Holmiem, který svítí na vlnové délce 2.1 μm.

Co se týká nelineární konverze, vyvynuli jsme a provozujeme systémy pro generaci 2., 3., 4. a 5. harmonické frekvence (kratší vlnové délky). Konverze do vyšších vlnových délek je založená na optické parametrické generaci a dále optickém parametrickém zesilování. Dohromady mají tyto složité systémy velmi široký spektrální rozsah mezi 206 nm a 3 μm a slouží jako vynikající nástroje pro mnoho průmyslových aplikací. Díky tomu se jednou stanou nedílnou součástí Průmyslu 4.0.

 

Antonio Lucianetti, vedoucí programu: Putting curiosity to the use of society

Antonio Lucianetti získal titul Ph.D. ve fyzice na Universitě v Bernu ve Švýcarsku roku 1999. Zabývá se vysoko-energetickými kryogenními lasery s krátkými pulsy, mikročipovými lasery, vysoko-energetickými optickými isolátory, laserem generovanými částicovými a fotonovými zdroji a detektory gravitačních vln na bázi laserů. V roce 2017 mu byla Italským ministerstvem školství, universit a výzkumu udělena profesura ve vědeckém sektoru ‘Experimentální fyzika hmoty’. V tomtéž roce se stal hostujícím profesorem na Národním institutu přírodních věd (NINS) a Národním institutu pro výzkum termojaderné fúze (NIFS) v Japonsku. Je autorem/spoluautorem více než 150 příspěvků v odborných časopisech a na konferencích, s více než 4600 citacemi.