Ing. Martin Smrž, Ph.D.
Hlavním cílem tohoto výzkumného programu je vývoj diodově buzených pevnolátkových laserů s vysokým a 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.
Deskové lasery s vysokou energií
Na konci roku 2016 byl na HiLASE poprvé úspěšně demonstrován deskový laserový systém 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 didodově 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 nelinenární 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 dalšího. 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 jak vynikající nástroje pro mnoho průmyslových aplikací. Díky tomu se jednou stanou nedílnou součástí Průmyslu 4.0.
