VÝVOJ POKROČILÝCH LASERŮ (ALD)
Naším posláním 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. Náš 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 v Centru 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. Více ZDE.
![]()
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, vyvinuli 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. Více ZDE.
Testování KTF pro příští generaci Faradayových izolátorů
HiLASE tým zaměřující se na numerické modelování, vedený Dr. Slezákem, společně s týmem Národního institutu pro výzkum termojaderné fúze (NIFS), Gifu, Japonsko, úspěšně charakterizoval magnetooptické vlastnosti krystalu fluoridu draselného (KTF), který vyrábí Northrop Grumman Synoptics, Severní Karolína, USA.
Více informací.
HiLASE připravuje nový laser pro své klienty
Skupina zaměřená na tenkodiskové lasery vedená doktorem Martinem Smržem úspěšně demonstrovala stabilní provoz ytterbiového pulsního laseru Perla C s průměrným výkonem 200 W založeného na metodě zesilování čerpovaných pulsů (CPA). Výkonová stabilita po dobu 2.5 hodiny byla určena na 0.86% RMS. Jedním z klíčových komponent laseru je nový kompresor z dielektrických mřížek, na jehož výstupu jsou pulsy o časové délce 1 ps. Kvalita svazku reprezentovaná M2 parametrem je 1.4. V HiLASE jsme připraveni konstruovat lasery takovýchto parametrů, a to dle potřeb našich zákazníků.
Více zde.
Generace třetí harmonické frekvence na laseru Bivoj 10 J
Tým vědců ze skupiny Bivoj, vedený Dr. Martinem Divokým, a Dr. Jonathan Phillips z STFC úspěšně provedli konverzi vysokoenergetického záření laserového systému Bivoj 10 J do třetí harmonické frekvence (343 nm) pomocí nelineárního krystalu LBO jako součtové frekvence základní a druhé harmonické frekvence laseru. Druhá a třetí harmonická frekvence by měla být uživatelům k dispozici od roku 2020 a experimenty mohou zahrnovat zpracování materiálů s vysokou energií a touto vlnovou délkou.
Více zde.
Pokročilé tvarování pulsů laseru Bivoj pro LSP experiment v rámci OPEN ACCESS
Na přelomu dubna a května 2019 skupina výzkumníků z Coventry University (UK) společně s HiLASE LSP týmem, vedeným dr. Brajerem, úspěšně demonstrovala LSP ovlivnění s různým tvarem laserových pulsů v čase. Experimenty byly provedeny během 2 týdnů v rámci projektu Open Access, konkrétně šlo o „Mechanismy prodloužení životnosti pomocí laserového vyklepávání povrchů materiálů“. Pokročilé tvarování pulsů bylo zrealizováno laserovým týmem Bivoje koordinovaným dr. Divokým. Testováno bylo několik různých tvarů pulsů, jež zahrnovaly základní Gaussovský puls, Supergaussovský puls s délkou 6 až 14 ns a zdvojený Gaussovský puls s délkou jednotlivých pulsů 3 ns. Zkoumané materiály byly hliníkové slitiny a během experimentu bylo otestováno několik různých podmínek ovlivnění.
Keramické širokospektrální materiály pro HAPP lasery na HiLASE
Vývoj laserů s vysokým středním a špičkovým výkonem (High Average and Peak Power – HAPP) vyžaduje laserové materiály s širokými emisními pásmy a zároveň dobrými termo-mechanickými a termo-optickými vlastnostmi. Ytterbiem dopovaný krystal granátu (YAG) vykazuje výborné vlastnosti při kryogenních teplotách, což jej činí atraktivním materiálem pro takové lasery. Bohužel, při kryogenních teplotách vykazuje Yb:YAG velmi úzké spektrum, které neumožňuje generaci kratších než pikosekundových pulsů. Abychom překonali toto omezení, zanesli jsme do přísně pravidelné krystalové mřížky granátu určitou nepravidelnost, abychom docílili nehomogenního rozšíření emisního spektra.
Více zde.
Generace druhé harmonické frekvence na laseru Bivoj 10 J
Tým vědců ze skupiny Bivoj, vedený Dr. Martinem Divokým a Dr. Jonathanem Phillipsem z STFC, úspěšně provedl konverzi vysokoenergetického záření laserového systému Bivoj 10 J do druhé harmonické frekvence (515 nm) pomocí nelineárního krystalu LBO. Konverze byla provedena pro vstupní záření s vlnovou délkou 1030 nm a energií 5,9 J při opakovací frekvenci 10 Hz. Apertura LBO krystalu byla 25 mm a délka 13 mm. Obrázek ukazuje dlouhodobou energetickou stabilitu vstupního (červená čára) a konvertovaného záření (zelená čára). Po dobu experimentu trvajícího přes 110 minut byla konverze mimořádně stabilní, kdy RMS energetické stability bylo kolem 0,8%.
Více zde.
Úspěšný provoz 10 J kryogenního předzesilovače laseru Bivoj
V období říjen 2017 – červen 2018 dodal tým laseru Bivoj úspěšně více než 2,5 × 107 čerpacích pulsů znamenající spolehlivý a stabilní provoz vysoko-energetického laseru (2-6 J), jak je ukazuje obrázek 8 níže. Tyto laserové výstřely byly použity pro interní testy a pro několik experimentálních kampaní, včetně LSP (Laser Shot Processing), LIDT (Laser Induced Damage Threshold) a laserem generované iontové svazky. Klíčovým parametrem úspěšného provozu laseru Bivoj je kvalita vlnoplochy jeho svazku. Jan Pilař obdržel druhou cenu za nejlepší studentský plakát shrnující jeho práci na „vývoji adaptivní optiky na HiLASE“ během konference mezinárodní komise pro ultra-intensivní lasery (ICUIL) v Montebellu v Kanadě ve dnech 11.-16. září 2016.
Zprovoznění kompaktního pikosekundového laserového systému PERLA C o výstupním výkonu 0,5 kW
aserový systém PERLA C byl v Centru HiLASE uveden do provozu v roce 2018 a vyznačuje se jedinečnou kombinací parametrů – vysokého středního výkonu (až půl kilowattu), vysoké opakovací frekvence impulzů (100 kHz), velmi krátké délky pulzu (1,5 pikosekundy) a vysoké kvality výstupního svazku. Tyto atributy jsou velmi atraktivní zejména pro využití ve velkoobjemové průmyslové výrobě, v procesech sahajících od vrtání a řezání až po modifikaci a strukturování povrchů. Laser byl vyvíjen společně s optickými systémy pro konverzi vlnové délky výstupního svazku do viditelné, ultrafialové i střední infračervené spektrální oblasti. Širší spektrum dostupných vlnových délek ještě dále rozšiřuje potenciál užití laseru jak v průmyslu, tak i v medicíně, vědě a výzkumu.
Více informací.
Zprovoznění nejvýkonnějšího pikosekundového zdroje koherentního záření generujícího na vlnové délce 257 nm
Vědcům v centru HiLASE se podařilo dosáhnout nejvyššího výkonu na této vlnové délce pro pikosekundové pulzy a opakovací frekvenci laseru 100 kHz. Tvrdé ultrafialové záření s vlnovou délkou kolem 260 nm se používá k opracování materiálů, např. toto záření iniciuje fázové přechody na povrchu některých materiálů (výzkum se provádí v HiLASE), díky velmi krátké vlnové délce a velmi krátkému pulzu se používá pro tvorbu velmi přesných mikrostruktur na povrchu materiálů, dále v litografii, díky vysoké energii tvrdých UV fotonů (4.8 eV) se toto záření využívá pro spektroskopii elektronových přechodů v molekulách. Jedinečnou aplikací ve vědě je použití tvrdého UV záření pro ozařování fotokatod v laserech na volných elektronech.
Více informací.
Udělení patentu na speciální držák pro vysoko výkonné Pockelsovy cely
V roce 2017 vědci z centra HiLASE (Fyzikální ústav AV ČR) patentovali držák pro Pockelsovu celu. Tento jedinečný upínací systém pro nelineární optické prvky minimalizuje vnitřní mechanické napětí uvnitř krystalu a zajišťuje snížení teplotních vlivů či piezoelektrického jevu. V praxi je vhodný pro pulsní lasery s vysokým středním výkonem jako součást pulse pickerů, regenerativních zešilovačů či Q-spínačů či Pockelsových cel.
Autory jsou Ing. Luděk Švandrlík a Ing. Martin Smrž, Ph.D.
Více informací.
Martin Smrž, Ph.D., vedoucí oddělení
Martin Smrž získal v roce 2012 titul Ph.D. v oboru Aplikovaná fyzika za obhajobu dizertační práce Diagnostics of ultrashort laser pulses na ČVUT v Praze. Od tohoto roku pracuje v Centru HiLASE, Fyzikální Ústav AVČR, kde se zabývá vývojem tenkodiskových laserů generující ultrakrátké pulzy. Během svého působení absolvoval několik zahraničních stáží ve vědeckých centrech a na univerzitách, kde spolupracoval na vývoji nejmodernějších laserových systémů, např. Massachusetts Institute of Technology (USA), Centre for Free Electron Laser of the DESY (Německo) nebo National Institute for Fusion Science (Japonsko). Martin Smrž je držitelem několika patentů v oblasti laserových technologií. V součásné době působí na pozici vedoucího oddělení Vývoj pokročilých laserů.
