Historie ÚPT

Ústav přístrojové techniky byl založen roku 1957 jako instituce zajišťující přístrojová vybavení pro další ústavy Akademie věd v mnoha oblastech. Zpočátku měl ústav 83 zaměstnanců, ale jejich počet postupně rostl a v roce 1989 dosahoval 240. Během procesu transformace Akademie věd, který probíhal po roce 1989, byly v ústavu ponechány pouze nejperspektivnější oblasti bádání a následně byl snížen počet zaměstnanců na současný stav 95 na plný úvazek. Struktura vědeckých oddělení ústavu byla změněna tak, aby vycházela z badatelského zaměření projektů, které jsou řešeny výzkumnými týmy. Týmy zabývající se spřízněnou problematikou se sdružují do laboratoří a laboratoře tvoří obory.

Obor elektronová optika

Historii oboru elektronové optiky v ÚPT vytvářely osobnosti, jejichž vědecká kariéra započala již za studií. Studenti prof. A. Bláhy, A. Delong, V. Drahoš a L. Zobač, postavili první prototyp elektronového mikroskopu u nás a po něm pak následoval první sériově vyráběný přístroj BS 241. V té době vyráběly elektronové mikroskopy jen tři země na světě. V roce 1954 realizovali funkční model stolního elektronového mikroskopu Tesla BS 242, který získal na EXPO 1958 zlatou medaili. Během dvaceti let bylo vyrobeno přes tisíc kusů tohoto přístroje, které byly vyvezeny do 20 zemí světa.
 V šedesátých letech, díky tehdejšímu řediteli, prof. A. Delongovi, a vedoucímu oddělení elektronové optiky, prof. V. Drahošovi, došlo ke značnému rozvoji oboru. Byly postaveny unikátní prozařovací, emisní i rastrovací elektronové mikroskopy a současně byla řešena také problematika vysoce stabilních proudových a vysokonapěťových zdrojů, problémy vakua a později ultravysokého vakua a také analýzy zbytkových plynů. Konstrukce ultravysokovakuových zařízení si vyžádala vývoj a realizaci zařízení pro svařování materiálů elektronovým svazkem, které bylo u nás poprvé realizováno právě v ÚPT v roce 1968. Zajímavou pozdější aplikací byla i technologie membránových (svařovaných) vlnovců. Jedním z úspěšných prozařovacích mikroskopů, vyvinutých v tomto oddělení, byl mikroskop TEM TESLA BS 413 s rozlišením až 0,6 nm a urychlovacím napětí do 100 kV, kterého se do konce roku 1975 vyrobilo v Tesle Brno v postupně vylepšovaných verzích téměř 400 kusů. V této době byly rozvíjeny i nekonvenční elektronové mikroskopie, jako např. interferenční, stínová, Lorentzova a tunelová emisní mikroskopie a rovněž difrakce pod malými úhly. První aplikační možnosti nízkoenergiové elektronové difrakce, presentované v nově vyvinutém emisním elektronovém mikroskopu, byly publikovány v časopise Nature (1971). V roce 1962 byly v oddělení provedeny prvé pokusy s elektronovými interferencemi a brzy se jich využívalo k nejrůznějším účelům. Konec šedesátých let byl pro obor významný i dosažením ultravysokého vakua 10-6 Pa v komoře preparátu emisního mikroskopu, čemuž předcházel vlastní vývoj vakuové techniky a technologie svařování elektronovým svazkem. Obor se zabýval také výpočty magnetických polí čoček a trajektorií elektronů a od roku 1973 byla pro výpočty elektrostatických a magnetických rotačně symetrických čoček používána metoda konečných prvků. V té době bylo provádění rozsáhlejších výpočtů velmi problematické, neboť ústav nevlastnil počítač. Výpočetní možnosti se zlepšily teprve v osmdesatých letech. Přínosem pro rozvoj oboru byly i pravidelné návštěvy prof. T. Mulveyho z University of Aston v Birminghamu (od roku 1982), který pomáhal při navazování a rozvoji kontaktů se zahraničím.
 V polovině sedmdesátých let byl vytvořen tým, který realizoval originálně koncipovaný spektrometr Augerových elektronů ve spojení s nově vyvíjeným rastrovacím elektronovým mikroskopem s autoemisní tryskou, později vyráběným pod označením Tesla BS 350. Koncem sedmdesátých let byl otevřen vývoj elektronového litografu pracujícího s autoemisní tryskou, kterého byla v Tesle Brno vyrobena menší série. V současné době je přístroj využíván pro výzkum technologií mikrolitografie při zhotovování holografických a difraktivních struktur a testovacích preparátů pro mikroskopii a mikroanalýzu. V sedmdesátých letech se také začíná pracovat na vývoji nových scintilačních a katodoluminiscenčních stínítek, v němž bylo dosaženo značného úspěchu především zavedením monokrystalu typu YAG (ytritohlinitý granát). Detektory založené na tomto principu se velmi úspěšně prosadily po celém světě. V oblasti tenkých vrstev bylo v roce 2001 dosaženo světového prvenství zhotovením multivrstvého rentgenového zrcadla s rezonanční absorpcí, sloužícího jako analyzátor při rtg zobrazování biologických preparátů fázovým kontrastem v tmavém poli. Nedávno byly také presentovány unikátní výsledky mikroskopie a difrakce s velmi pomalými elektrony v rastrovacím elektronovém mikroskopu. Díky rozvoji výpočetní techniky dochází k mimořádnému zdokonalování výpočetních programů pro elektronovou optiku. Velmi úspěšné jsou i práce v oblasti environmentální elektronové mikroskopie, zejména pokud jde o detekci elektronů v prostředí se zvýšeným tlakem plynu.

Ing. Josef Dadok (right), Ing. Oldrich Chramosta (left), and the technician R. Pospisil (middle).

Ing. Josef Dadok - the founder and leading spirit of the early NMR at the Institute and in Czechoslovakia ...

(1960)

 Obor nukleární magnetické rezonance

Obor nukleární magnetické rezonance (NMR) v ÚPT založil v roce 1960 Ing. Josef Dadok po zkonstruování prvního ústavního spektrometru (s kmitočtem 30 MHz). V r. 1966 byla zahájena průmyslová výroba NMR spektrometrů v nár. podniku Tesla Brno, pro niž ÚPT zajišťoval výzkum a vývoj. V průběhu 25 let podnik vyrobil a z větší části exportoval několik set NMR spektrometrů různého typu. V roce 1967 Ing. J. Jelínek v ústavu vybudoval laboratoř nízkých teplot zaměřenou na výzkum a vývoj supravodivých magnetů pro NMR. Po odchodu J. Dadoka do zahraničí obor vedl nejdříve Ing. K. Švéda a později do r. 1990 Ing. Z. Starčuk. V 70. letech byly v oddělení zahájeny ve větší míře i práce metodologického zaměření, na nichž se výrazně podíleli zejména Ing. Z. Starčuk a RNDr. V Sklenář. Po r. 1990, kdy byla výroba NMR spektrometrů v podniku Tesla Brno ukončena, byl obor do r. 2002 veden Ing. M. Kasalem. Práce v oboru NMR probíhaly v několika týmech, a to zejména na vývoji progresívních elektronických modulů, vysokofrekvenčních a gradientních cívek pro NMR spektrometry a tomografy, na řešení problémů spojených s řízením NMR experimentů, sběrem a zpracováním spektroskopických i tomografických dat a na dalším metodologickém rozvoji, povětšinou orientovaném do oblasti in vivo spektroskopie. Předmětem výzkumu byly i problémy kryogeniky a zpracování biomedicínských signálů.

The second CW-NMR Spectrometer developed at the Institute of Scientific Instruments ...

(1961)

 A CW-NMR spectrum produced by the historical 60 MHz instrument ...and the technician R. Pospisil

(1964 - 1965)

CW NMR Spectrometer 80 MHz ...That time, a bit more freedom was in the air, and Ing. Dadok, CSc., left for a visiting fellowship in the USA in the fall '67 ... Later he become the Professor at Mellon Carnegie University in Pittsburgh, USA.

(1967)

Jednopaprskový infračervený spektrometr  

(1955)

Obor Koherenční optiky

Obor kvantových generátorů světla (Koherenční optiky) vznikl v ÚPT krátce po objevu laserů přejmenováním oddělení infračervené spektroskopie. Jeho vedoucím byl po celou dobu Ing. František Petrů, DrSc. Na začátku 60. let se oddělení věnovalo infračervené spektrofotometrii. Od března roku 1963 zahájilo práce na stavbě prvních laserů a to jak v pevné fázi, tak laserů plynových. V obou směrech byli pracovníci ústavu úspěšní. Již za půl roku od zahájení prací, ještě v říjnu roku 1963, byla v ČSSR poprvé zaznamenána stimulovaná emise o vlnové délce 1,15 μm a krátce poté i na vlnových délkách 3,39 μm a 633 nm. V té době HeNe laser na vlnové délce 633 nm existoval ve světě necelé dva roky a technologie výroby nebyla zveřejněna. Po rychlém převedení do výroby již v roce 1964 Meopta Přerov vystavovala na brněnském veletrhu tři typy laserů o různých výkonech. Pulsní laser byl spuštěn v roce 1964 a na jeho bázi byla vyvinuta vrtačka diamantů. Od roku 1967 je nosnou problematikou oddělení přesné měření geometrických veličin interferenčními metodami. Byl vyvinut jednofrekvenční jednomodový laser se stabilizovanou frekvencí a na jeho základě vytvořen československý laserový subnormál délek, který v 70. letech používaly naše metrologické instituce. Další aplikací byl kompaktní přenosný stavebnicový interferometrický systém (LIMS) určený pro strojírenství s řadou nových funkčních možností - měření délek až ve třech osách, rychlostí, přímosti, rovinnosti, malých úhlů s možnostmi korekcí na index lomu vzduchu. V letech 1981-1982 vznikl laserový systém pro měření ve dvou souřadnicích s rozlišením 40nm a zkonstruován byl i laserový systém pro měření rychlosti. Od r. 1984 se oddělení zabývá vývojem He-Ne laserů stabilizovaných pomocí saturované absorpce v parách jodu, zvyšováním přesnosti interferometrických systémů, dvoubarevnou a absolutní interferometrií. Postupně je stále větší pozornost věnována polovodičovým laserům pracujícím s vlnovou délkou 633nm. Úspěchy byly zaznamenány rovněž v oblasti optických mikromanipulací a laserových mikroablací. Během tří let se podařilo zkonstruovat zařízení využívající laserů k prostorové manipulaci s organickými i anorganickými mikroobjekty a vnitrobuněčnými strukturami uvnitř živých buněk, k měřění sil v řádu pN, které působí na opticky chycené objekty, fúzování a třídění živých buněk podle specifických kritérií a provádění řízených destrukčních zásahů uvnitř živých buněk. 

První československý plynový laser

(říjen 1963)

První model univerzálního měřiče délek.

Základní přístroj byl doplňován dalšími celky, tiskem, souřadnicovým zapisovačem a automatickou korekcí. N.P. Metra Blansko zavedl do výrobního programu laserovou měřící techniku pro komplexní vybavení měřících laboratoří ve strojírenství.