Fyzikální ústav Akademie věd ČR

Základním úkolem oddělení nelineární optiky je výzkum a vývoj moderní unikátní metody zesilování ultrakrátkých laserových pulzů, která je v odborném světě známá pod zkratkou OPCPA (Optical Parametric Chirped Pulse Amplification). V této souvislosti oddělení těsně spolupracuje s Badatelským centrem PALS. Zmíněná metoda totiž umožňuje navýšit výkon jódového laserového systému PALS z úrovně terawatt na petawatt. Zvýšení výkonu se děje tisícinásobným zkrácením délky laserového pulzu, což je dosaženo právě technikou OPCPA. Tento výzkum je plně v trendu vývoje současné fyziky ultraintenzívních a ultrakrátkých laserových pulzů. Tyto pulzy jsou a budou využívány jak pro účely základního výzkumu interakce ultraintenzívních optických polí s materií, tak pro účely aplikační, v medicíně a průmyslu.

Pro splnění tohoto úkolu bylo potřeba vytvořit dva speciální svazky, tzv. signálový a čerpací, a zajistit jejich velmi přesnou časovou a prostorovou synchronizaci v opticky nelineárním krystalu. Signálový svazek je velmi slabý, avšak širokospektrální. Jeho zdrojem je femtosekundový Ti:safírový laser. Svazek prochází časoprostorovým prodlužovačem (stretcher, základem jsou difrakční mřížky), kde je prodloužen z femtosekund na stovky pikosekund. Dopadá potom pod určitým úhlem na opticky nelineární krystal. Ve stejném okamžiku přichází čerpací pulz od mohutného laseru. V našem případě je tímto laserem jódový fotodisociační laser SOFIA (Solid-state Oscillator Followed by Iodine Amplifiers). V procesu parametrického zesílení předá čerpací svazek svou energii signálovému svazku. Signálový svazek je proto po opuštění krystalu velmi silný a zároveň širokospektrální (jeho původní vlastnost). Tento svazek poté přichází do tzv. kompresoru, což je zařízení podobné prodlužovači, avšak s opačným účinkem: laserový svazek je zde adekvátně zkrácen, a to na téměř původní délku (femtosekundy). Jeho výkon (energie/čas) je nyní obrovský.

Jódový laser PALS je pro tuto techniku OPCPA obzvlášť vhodný, protože dosahuje, na rozdíl od pevnolátkových laserů, vysokou energii v jediném homogenním svazku. Na zkušebním jódovém systému SOFIA je v současnosti příprava obou svazků dokončena a experimenty s technikou OPCPA započaly.

Značný podíl na náročné stavbě signálového a čerpacího svazku v laboratoři SOFIA mají studenti, ať již ze základního nebo postgraduálního studia, z Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT, Praha. Mají možnost pracovat a vzdělávat se v oblasti fyziky a techniky vysoceintenzívních laserových svazků, a to v laboratoři, která je po přístrojové stránce velmi kvalitně vybavena.