Opustit studovnu

Laserová centra

Laserové centrum HiLASE

Laserové centrum HiLASE se nachází v Dolních Břežanech u Prahy a je součástí největšího ústavu Akademie věd České republiky, Fyzikálního ústavu AV ČR. Budova HiLASE byla postavena roku 2014. Superlasery pro skutečný svět – to je hlavní poslání centra HiLASE. Centrum HiLASE představuje špičkový výzkum na mezinárodní úrovni. Klade důraz nejen na excelentní výzkum, ale rovněž na vývoj inovativních technologií přínosných pro společnost a průmysl.

Zaměřením na aplikace a využití v průmyslu se HiLASE výrazně odlišuje od ostatních laboratoří zabývajících se experimentálním výzkumem v oblasti laserové fyziky. Tým HiLASE se věnuje experimentálnímu vývoji zcela nové generace diodově čerpaných pevnolátkových laserů s vysokou energií v pulzu nebo vysokou opakovací frekvencí. Lasery s takto průlomovými technickými parametry dosud neexistují v žádné laboratoři ve světě ani ve formě prototypů. Díky progresivní technologii diodového čerpání jsou podstatně silnější, výkonnější, kompaktnější a stabilnější než zařízení, která jsou v současné době dostupná. Při sestavování laserů Laserové centrum HiLASE spolupracuje např. s univerzitami a výzkumnými institucemi v Japonsku, Jižní Koreji, Itálii či Španělsku.

V rámci HiLASE jsou vyvinuty dva technologické koncepty laserů:

Perla

Jedná se o mili-J piko-sekundový pulzní laserový system čerpaný diodami na bázi tenkých disků s možností rozšíření až na kW průměrného výkonu – zvaný PERLA. PERLA patří mezi tzv. pulzní lasery. Na rozdíl od kontinuálních laserů, známých např. z ukazovátek, které vysílají jeden spojitý, nepřerušovaný paprsek, pulzní lasery vysílají krátké impulzy laserového světla – energie se nejprve určitou dobu akumuluje, a pak vystřelí paprsek, který má v důsledku toho vyšší špičkový výkon. Pulzy u systému PERLA jsou velice krátké, trvají v řádu pikosekund, takže na rozdíl od kontinuálních laserů nezpůsobují tavení (opálení) materiálu. Díky tomu třeba při řezání nebo vrtání nevznikají mikrotrhliny a otvor je velice čistý. Tímto způsobem se dají dělat různé vodoodpudivé povrchy nebo tvořit mřížky – to se využívá například pro výrobu solárních panelů nebo LCD obrazovek.

Bivoj

Dále je to kilowattový nanosekundový pulzní laserový systém s energií v pulzu až 100 J s plánovaným upgradem na 150 J – zvaný BIVOJ. BIVOJ je první laser na světě, který přesáhl výkon jednoho kilowattu ve svazku s vysokou energií. K tomuto cíli se vědci snažili dostat už od konce 90. let, podařilo se to nakonec v laserovém centru HiLASE v Dolních Břežanech 16. prosince roku 2016. Průměrný výkon BIVOJE by se dal přirovnat k rychlovarné konvici. Špičkový výkon by se dal poměřit s průměrným výkonem atomové elektrárny. BIVOJ byl navržet a zkonstruován v britské Central Laser Facility (součást STFC, Rutherford Appleton Laboratory), má velikost 3 x 18 m.

V centru HiLASE jsou tyto jedinečné světelné zdroje využívány pro širokou škálu špičkových průmyslových aplikací, a to zejména pro:

  • Laser shock peening (LSP) – vytvrzování materiálů rázovou vlnou. Touto metodou je možné zacelit (zejména na kovech a slitinách) i ty nejmenší trhlinky, takže je materiál mnohem pevnější a vydrží několikanásobně větší opotřebení. Toho se využívá zejména v leteckém průmyslu, např. při výrobě turbín, nebo pro výrobu některých součástí jaderných reaktorů, tedy všude, kde dochází k extrémnímu namáhání kovových částic.
  • Laser – Inducted Demage Testing (LIDT) – měření odolnosti povrchu optických komponentů používaných v laserových laboratořích. Optické komponenty jsou díky laserům s vysokým výkonem otestovány a výrobci je poskytnuta certifikace

Laserové mikroobrábění a funkcionalizace povrchů

  • Řezání, vrtání, sváření, gravírování, laserové čištění a značení kovů, plastů, skla, keramiky, kompozitních materiálů a dalších materiálů
  • Tvorba funkčních povrchů: Vhodně vytvořené nano a mikro struktury na povrchu materiálu mohou vést ke změně povrchových vlastností jako je redukce tření, odpuzování vody, ledofóbní povrchy, antibakteriální povrchy a další. Mezi další aplikace patří např. změna barvy laserovým zářením.
  • Mnohosvazkové obrábění a proces development: Výzkum a vývoj nových procesních strategií pro zrychlení a zefektivnění současných procesů s využitím několikasvazkového mikroobrábění. Počet svazků, jejich velikost, tvar a rozložení intenzity může být libovolně měněn i během samotného obrábění.

V Laserovém centru HiLASE pracuje v současné době téměř 100 zaměstnanců. Jedná se skutečně o mezinárodní tým. Více než polovinu tvoří vědci, z nichž jsou více než 50% cizinci.

HiLASE úzce spolupracuje s širokou skupinou strategických partnerů z vědecké, akademické a průmyslové sféry. Dlouhodobým cílem centra je nadále budovat a posilovat zapojení na lokální i mezinárodní úrovni, pokračovat v rozšiřování mezinárodního portfolia strategických partnerství s výzkumnými institucemi, univerzitami a firmami.

ELI Beamlines

Centrum ELI Beamlines je součástí evropské výzkumné infrastruktury ELI (Extreme Light Infrastructure) a součástí plánu Evropského strategického fóra pro výzkumné infrastruktury (ESFRI).

Centrum ELI zahrnuje několik pracovišť a doplňkových zařízení umístěných na území České republiky, Maďarska a Rumunska jako součást evropské výzkumné infrastruktury ELI (Extreme Light Infrastructure) a součástí plánu Evropského strategického fóra pro výzkumné infrastruktury (ESFRI). Zabývá se zkoumáním interakce světla s hmotou při nejvyšších intenzitách a nejkratších časových rozpětích.

Centrum ELI Beamlines se nachází v Dolních Břežanech ve Středočeském kraji, nedaleko Hlavního města Prahy. Klade si za cíl zřídit a dlouhodobě provozovat nejintenzivnější laserový systém na světě. Díky ultravysokým výkonům 10 PW (1 petawatt = 1,000,000,000,000,000 wattů) a soustředěným intenzitám až 1024 W/cm2 nabídne svým uživatelům jedinečný zdroj záření a paprsků urychlených částic. Tyto tzv. beamlines umožní průkopnický výzkum nejen v oblasti fyziky a vědy o materiálech, ale také v biomedicíně a laboratorní astrofyzice a mnoha dalších oborech.

V centru ELI Beamlines jsou čtyři laserové haly a šest experimentálních hal. Laserové systémy budou fungovat ve vzájemné součinnosti a právě toto propojení je unikátní a díky němu lze provádět zcela nové typy experimentů a realizovat výzkumné a aplikační projekty zahrnující interakci světla s hmotou.

ELI Beamlines nabídne vědecké komunitě všestrannou technologii z pohledu energie, opakovací frekvence, či výkonu na jednom místě a umožní tak získání nových poznatků potenciálně využitelných v mnoha oborech přes fyziku, chemii, biologii, medicínu až po materiálové inženýrství nebo astronomii. Kromě základního výzkumu a vývoje v oblasti laserů se ELI Beamlines věnuje také aplikovanému výzkumu, který se zabývá řešením široké škály otázek od zlepšení onkologické léčby, lékařské zobrazovací techniky nebo rychlé elektroniky, přes studium stárnutí materiálů jaderného reaktoru, až po vývoj nových metod zpracování jaderného odpadu. Laserový systém L4 směřuje se svým plánovaným výkonem až 10 PW k tomu být nejvýkonnějším laserem na světě.

ELI Beamlines je uživatelské centrum. Nabízí tedy své unikátní technologie uživatelům, konkrétně vědeckým skupinám, které předkládají návrhy a na základě jejich vyhodnocení je jim poskytnut experimentální čas. Vedle toho se ELI Beamlines cíleně soustředí také na popularizační činnost. Chce zprostředkovat výsledky své práce široké veřejnosti, a proto věnuje velké úsilí spolupráci se školami, pořádání popularizačně naučných akcí, dnů otevřených dní apod. Chce oslovit laickou i odbornou veřejnost a pomoci vychovat další generaci vědeckých pracovníků.

Mimo vědecké projekty laserová centra pořádají řadu akcí pro veřejnost formou dnů pro veřejnost nebo se podílí na celosvětovém dni světla. Pro nadané středoškolské studenty je navíc zprostředkovaný program Talentové akademie, který umožňuje dvanácti studentům navštěvovat vývojové laboratoře a podílet se na probíhajícím výzkumu. Pro vysokoškolské studenty a vědecké pracovníky jsou pak vypisována volná místa, jejichž aktuální přehled lze získat na stránkách jednotlivých center HiLASE a ELI Beamlines.