U příležitosti mezinárodního kongresu optiky a optoelektroniky Optics and Optoelectronics 2007, který ve dnech 16.–19. dubna 2007 uspořádala americká společnost The Internationl Society for Optical Engineering (SPIE), zavítal do Prahy nositel Nobelovy ceny za fyziku v roce 2005 prof. Theodor Wolfgang Hänsch, který je v současné době ředitelem Max-Planck-Institutu pro kvantovou optiku v Garchingu. Během svého pražského pobytu stihl převzít ocenění De Scientia et Humanitate Optime Meritis a navštívit laboratoř PALS, společné pracoviště Ústavu fyziky plazmatu a Fyzikálního ústavu AV ČR.
Profesor Hänsch dosáhl obou svých životních úspěchů během působení na Stanfordově univerzitě (1970–1986). V roce 1970 se mu podařilo sestrojit nový typ laditelného laseru, jenž emituje fotony s extrémně vysokým spektrálním rozlišením (energie jednotlivých fotonů byla dána s přesností 10–6). Následně navrhl metodu laserového chlazení atomů. Za laserovou spektrometrií a s ní související techniku laserového frekvenčního hřebene mu byla po třiceti letech udělena Nobelova cena, kterou získal napůl s americkým fyzikem Johnem L. Hallem. Ten nezávisle dospěl k obdobným výsledkům.Laserová spektrometrie je metoda, při níž dochází k interakci fotonů se vzorkem či objektem a na základě absorbce elektromagnetického záření se získávají přesné údaje o objektu. Protože atom každého prvku má v jádře jiný počet protonů, váže obíhající elektrony různou silou; elektrony každého prvku tak vyzáří při přechodu na nižší orbitu fotony o jedinečné vlnové délce, ve viditelném spektru o jedinečné barvě. Na rozdíl od metod hmotnostní spektrometrie, které již našly uplatnění v praxi, je podobné využití laseru zatím laboratorní záležitostí, ovšem s velkými přísliby. Jako reálná se jeví detekce i jen jediného atomu na vzdálenost kilometrů, jednou ze zatím fantastických vizí je i rozbor látek v prostoru mimo zemi, na jiných planetách.
Takto přesným měřením frekvence by se mohlo extrémně zpřesnit měření místa i času, a to na takovou míru, že by podle fyziků mohla být laserová spektrometrie vhodná pro ověření stálosti fyzikálních konstant. Pomocí laserových paprsků o velmi "přesné" a velmi krátké vlnové délce by se také mohla experimentálně ověřit existence gravitačních vln, které předpověděl Einstein ve své obecné teorii relativity.
Druhým velkým Hänschovým objevem je technologie laserového frekvenčního hřebene. Generátor hřebene je zařízení, které přesně měří optické frekvence a dokáže rozdělit záření podle frekvence – "hřeben" tak "rozčísne" elektromagnetické vlnění s přesností stovek terahertz.
Koncem 60. let se mladý Theodor Hänsch setkal s prvními lasery, tehdy konstruovanými samotnými vědci, protože jejich průmyslová výroba byla ještě v nedohlednu. Od té doby byl na blízku všem zlomovým událostem ve vývoji tohoto optoelektronického zařízení. V současné době pracuje rodák z Heidelbergu na přesné laserové spektrometrii jednoduchého atomu vodíku. Zároveň se zabývá konstrukcí optických atomových hodin, které v roce 2006 přesností překonaly atomové hodiny cesiové. Doba, kdy nebude mít laserová technologie měření času konkurenci, se blíží. Na obzoru je proto možná i nová definice časové jednotky.
Z krátkého rozhovoru s vědcem, který výzkum v Německu přirovnal k dobře naplánovanému zemědělství, kdežto metody na Stanfordově univerzitě k lovu divoké zvěře, vyplynulo, že posun v poznání elementárních fyzikálních principů jej zajímá mnohem více než případné využití jeho objevů v průmyslu. Základní výzkum je jeho prioritou – proto se také nikdy nevzdal svobody, kterou mu akademická půda poskytuje a jíž si vysoko cení. Přesto ve své přednášce v jednom ze sálů Pražského kongresového centra naznačil i možné využití laserových technologií v praxi: v blízké době se jako nejpravděpodobnější jeví užití výkonných a přesných laserů pro přesnější určování poloh satelitů a kosmických sond, pro jemnější zaměřování kosmických teleskopů či pro zdokonalení systému GPS.
Nalezla již metoda laserové spektormetrie či technologie frekvenčního hřebene využití v praxi, nebo je stále technologií, která se používá v laboratořích pro základní výzkum?
Ne, tak daleko jsme ještě nepokročili, zatím jsme stále na počátku využití obou metod. Oba "nástroje" se zatím používají pouze v laboratořích. Pokud jde o průmyslové laboratoře – v těch se metody používají převážně pro kalibraci.
Co byl technicky největší problém při konstrukci vysoce monochromatického, nebo přesněji laseru o vysoce stabilní frekvenci záření?
V minulosti bylo problémem vytvořit stabilní dutinu laseru. V současné době je nutné konstruovat rezonátory, které nemají téměř žádnou vibraci; případnou vibraci kompenzovat. Konstantní rozestup mezi zrcadly je nesmírně důležitý. Myslím, že dalším technickým úkolem je vývoj vrstev pro pokrytí zrcadla rezonátoru. To všechno jsou věci, o kterých jsme dříve ani nesnili.
Během 70. a 80. let jste se intenzivně zajímal o první počítače. Na Vaše přednášky na Stanfordově univerzitě chodil Steve Jobs (pozdější zakladatel firmy Apple Computer), po nějakou dobu jste s kolegou Artem Schawlowem (získal Nobelovu cenu za lasery v r. 1981) vlastnil malou zásilkovou softwarovou firmu. Zajímá Vás budoucnost počítačů, konkrétně optické počítače? Zajímá Vás miniaturizace laserů a on-chip lasery?
Doba, kterou zmiňujete, byla úplným počátkem revoluce, která přinesla miniaturizaci počítačů. Tehdy jsem byl na Stanfordově univerzitě, blízko Silicon Valley, kde se optickými počítači zabývali a dostali se poměrně daleko. Optiky se v počítačích bohužel v tuto chvíli nevyužívá, ale pro některá propojení, sestavy čipů a vedení by optické technologie mohly být v budoucnosti vhodné.
Některé firmy avizují, že by do deseti let mohla existovat holografická televize, jejíž technologie bude odvozena i z Vaší práce.
V tuto chvíli jsme rádi, když máme DSL připojení dostatečné pro sledování videa. Ale lidé jsou nároční a chtějí televizi s vysokým rozlišením a v budoucnosti budou chtít i 3D televizi. K uskutečnění našeho snu o holografické televizi budeme potřebovat mnohem více bitů za sekundu, což je v tuto chvíli omezující limit. Primárním úkolem je tedy rozšířit telekomunikační síť. Já však tyto záležitosti příliš nesleduji. Většina mé práce – to je základní výzkum. Ale v současnosti jsem zapojen i v podnikání, jedná se o výrobu zařízení pro generování laserového frekvenčního hřebene, pro který hledáme využití.
Lenka Kovaříková
English
