Laser po padesátce

• | Tisk |

Podrobnosti

Vytvořeno 04. leden 2011

Napsal Ing. Jiří Šmíd

V roce 2010 oslavil 50leté výročí od vzniku jeden velmi důležitý vynález – laser. První funkční rubínový laser s xenonovou výbojkou Američana T. H. Maiman se stal okamžitě středem zájmu nejen kvůli vědeckému, ale především kvůli možnému vojenskému využití. Laser se tak v povědomí veřejnosti usadil nejdříve jako důležitý prostředek obranné strategie obou tehdejších velmocí, USA a SSSR. Dnes se však laser dostal prakticky do všech oborů lidské činnosti.

Nové druhy laserů

Laser prošel mnoha změnami a - přes vynikající dosavadní výsledky v kvalitě paprsku, hustotě výkonu v pulzu i jejich frekvenci při ultrakrátké délce pulzů, kdy se laseru dostává už i označení jako „studený" - řada nových aplikací ho ještě čeká. Přibývá jich v medicíně, při neinvazivní diagnostice i neinvazivní terapii a naděje se do laseru vkládá i pro uskutečňování řízené termojaderné reakce v budoucích letech.

K dynamickému rozvoji laserové techniky dochází od 90. let minulého století dodnes. Vznikla celá škála nových technologických variant, například:

• CO2 lasery s deskovou nebo koaxiální formou elektrod
• u pevnolátkových typů lasery s deskovou formou krystalu
• diskové lasery s aktivním médiem ve tvaru tenkého kotouče
• polovodičové lasery
• výkonové vláknové lasery.

Právě vláknové lasery, kde ke generování paprsku dochází v jádru optického vlákna dopovaného prvky vzácných zemin (způsobem daleko efektivnějším oproti jiným typům laserů), mohou být v nejbližších letech zdrojem mnoha překvapení a nového využití. 

Při řezání laserem lze dosáhnout jak naprostých miniatur, tak běžného řezání ocelových plechů až do tloušťky 30 mm. Při optimálních podmínkách se dokonce podařilo řezat tloušťku i 60 mm.

Teprve s novými typy laserů bylo možné efektivně realizovat pro průmyslové aplikace zdroje s ultrakrátkými pulzy i pod 100 femtosekund, s kratší délkou pulzu než může stačit k náběhu teploty do okolní zóny. Podrobnější rozbor užití vláknových laserů připravuje i nový projekt EU „LIFT - Leadership in Fibre Laser Technologies", jehož úkolem je studium procesů a hledání optima při užití vláknových laserů v průmyslu jako celku, speciálně při výrobě solárních a palivových článků a při výrobě příští generace integrovaných obvodů.

Nanolaser

Z  trochu odlišného soudku je „zázrak fotoniky po 50 letech" v podobě miniaturní verze laseru v hodnotách nanometrů. Spaser, jak se nový „nanolaser" označuje (Surface Plasmon Amplification by Stimulated Emission of Radiation), využívá ke své činnosti plazmonů, kvant oscilací ve shlucích elektronů v plazmě a jejich zesílení.

Tato varianta laseru je svou nm velikostí schopná integrace do mikroelektronických, resp. fotonických obvodů a její budoucí působnost je i ve stavbě mimořádně citlivých senzorů. (Více o spaseru např. v angličtině na Wikipedii.)

Navařováním práškových materiálů laserem lze získat povrchové vrstvy odlišných vlastností.

Ale i na stávajících principech laserů vzniká celá řada nových technologií a řešení. Jedním z příkladů může být požadavek medicíny na vývoj laseru s transparentností paprsku při průchodu krví, kdy s jeho pomocí je možné přes videoendoskop uskutečňovat řadu diagnostických šetření i operačních zásahů v oblasti kardiovaskulární a angiologie. Řešení se našlo u  laserového polovodičového modulu s dosažitelným vlnovým rozsahem 1,8-2,9 μm, přičemž nejlepší rozlišení obrazu se prokázalo kolem 2,2 μm.

Při vývoji v Braun Institutu v Berlíně v oblasti polovodičových laserů na bázi laserových diod typu galliumarsenid se podařilo při úzce spektrálním rozsahu laseru pod 1 nm dosáhnout zatím u laserů nejvyšší efektivnosti až 58 %.

Laser na Ústavu přístrojové techniky

Možnostem využití a zlepšování laseru se věnuje mj. Ústav přístrojové techniky (ÚPT) AV. Zabývají se zde především otázkami laserové spektroskopie, vývojem laserů s vysokou koherencí pro měřicí účely, laserovou interferometrií, studiem mikro- a nanoprocesů, z průmyslových aplikací zvláště svařováním. Nově vzniká pracoviště, které se bude zakázkově zabývat využitím nejpokrokovějších laserových průmyslových technologií.

Je symbolické, že při padesátém výročí od objevu laseru si ÚPT připomíná rovněž 50 let své výzkumné aktivity zaměřené na hledání fyzikálních metod a konstrukci přístrojových prvků a systémů pro diagnostiku a technologie v nano- i makrooblasti a ve stejném roce zahajuje i stavbu Aplikační a vývojové laboratoře mikro- a nanotechnologií  ALISI.

V ÚPT byla vyvinuta řada unikátních přístrojů na světové úrovni, např. elektronové mikroskopy, elektronový litograf, různé typy laserů a interferometrických systémů pro přesné odměřování, NMR spektrometry a kryogenní systémy.

Článek byl redakčně zkrácen a upraven. Celý text naleznete v magazínu MM Průmyslové spektrum.