V Dolních Břežanech nedaleko Prahy stojí dvě nová mezinárodní vědecká střediska Fyzikálního ústavu Akademie věd. Zaměřují se na výzkum v oblasti laserových technologií. První se jmenuje ELI (čti „ilaj“) a soustředí se na základní výzkum. V druhé budově s názvem HiLASE (čti „hajlejs“) se vědci věnují především aplikačnímu výzkumu a vývoji laserů. Právě HiLASE jsme s ábíčkem navštívili.
Laser 1960
Abychom si zjednodušili pochopení principu laseru, dívejme se na něj jako na obyčejný zdroj světla. Na rozdíl od žárovky ale z laseru nevychází světlo rozptýlené do okolí, ale ve formě úzkého svazku, tedy jakéhosi tenkého paprsku namířeného jedním směrem. Paprsek může mít za určitých podmínek velkou tepelnou energii, takže jím lze například obrábět různé materiály včetně kamene či tvrdých kovů. První laser sestrojil před pětapadesáti lety Američan Theodore Maiman v laboratořích leteckého magnáta Howarda Hughese.
Chlazení je nutné
Každý laser se skládá z oscilátoru, kde se vytváří počáteční slabý světelný pulz, a řetězce zesilovačů, což je soustava optických prvků jako jsou skleněné čočky a zrcadla. Princip původního Maimanova laseru je dodnes nejrozšířenější. V oscilátoru elektrická výbojka opticky načerpá krystal rubínu a odtud soustředěný svazek světla odchází k zesilovačům. Současné výbojkové lasery se v podstatě liší jen použitím umělých krystalů místo drahokamů. Zahřívání zdrojové elektrické výbojky ale způsobuje velké tepelné ztráty a potřebuje proto chlazení.
Moderní přístup
V HiLASE se soustřeďují výhradně na vývoj laserů, ve kterých jsou místo výbojek použity polovodiče – světelné diody. Dioda vyzařuje v mnohem užším vlnovém spektru, a tudíž ve srovnání s výbojkou produkuje jen zanedbatelné množství tepla. Má i řadu dalších výhod jako vysokou opakovací frekvenci impulzů a umožňuje tak rozvoj žádaných pulzních laserů. Laser totiž může být kontinuální (vychází z něj nepřetržitý paprsek), nebo pulzní (paprsek je přerušovaný, vychází v oddělených pulzech). Diodový laser má ale také nevýhodu a tou je vysoká cena.
Prodlužování životnosti
Kromě vývoje polovodičových laserů a optických zesilovačů se v HiLASE věnují aplikačnímu výzkumu. Jednou takovou aplikací je šokové vytvrzování materiálů. Laser při něm „bombarduje“ velmi krátkými pulzy povrch kovového výrobku a ten se po tepelném šoku stává tvrdší než jeho vnitřek. Tato technologie např. v leteckém nebo energetickém průmyslu prodlužuje životnost namáhaných součástek, jako jsou součástí motorů či vrtule parních turbín.
Laserové poškozování
Další aplikací je poškozování optických materiálů. Výrobce průmyslové techniky (např. čoček do laserů) chce třeba zjistit životnost nového výrobku. V HiLASE čočku vezmou a „střílí“ do ní pulzy laseru, dokud ji nezničí. Výrobce pak přesně ví a může zákazníkovi garantovat, jak dlouho jeho výrobek v provozu vydrží. Laserová pracoviště na úrovni HiLASE jsou na světě tři a pouze to české bude mít od příštího roku certifikaci na uvedené zkoušky.
Více reportáží:
