210
‹ Referáty ›
Cesty a osudy laserů v Ústavu přístrojové techniky v Brně P. Zemánek, J. Lazar, O. Číp, L. Oprchalová, J. Kršek, D. Vavrouch Ústav přístrojové techniky AV ČR, v.v.i., Královopolská 147, 612 64 Brno
H
istorie laserů se v Ústavu přístrojové techniky ČSAV v Brně (ÚPT) začala psát 1249 dnů po celosvětové premiéře tohoto vynálezu. Z hlediska rychlosti realizace byl v ÚPT nejúspěšnější He-Ne laser (16. října 1963), který také doznal v následujících desetiletích nejintenzivnějšího vývoje a největšího množství aplikací. V časovém sledu jej následoval laser rubínový (4. března 1964), He-Cd (1970) a Nd:YAG (1973). Na úspěšné realizace zdrojů záření navazovaly jejich aplikace, které byly v duchu tehdejší orientace ÚPT zaměřeny na finální přístroj, často vyráběný v některém z národních podniků. Jednalo se například o ramanovský spektrometr, laserovou vrtačku diamantů, frekvenčně stabilizované lasery využívané k přesnému měření geometrických veličin interferometrickými metodami nebo o laserový interferenční měřič délek a rychlostí. V současné době jsou dále zdokonalovány zejména interferometrické metody měření vzdáleností se subnanometrovým rozlišením, způsoby porovnání metrologických etalonů femtosekundovými lasery a metody použití laserového záření k manipulacím s mikroobjekty v kombinaci s možnostmi laserové spektroskopie.
Obr. 1 Detail laboratorní konstrukce prvního He-Ne laseru v ČR uvedeného do provozu 16. 10. 1963 v ÚPT. Laser pracoval na vlnové délce 1152,3 nm a maximální dosažený výkon byl 0,4 mW. Základem byla výbojová trubice délky 710 mm, zakončena Brewsterovými okénky, která byla upevněna v konstrukci tří invarových tyčí vzájemně svázaných trojúhelníkovými čely. Na obou čelech byla upevněna zrcadla v justážních objímkách vybavených diferenciálními šrouby. Konstrukce byla teplotně stabilizována s využitím invarových tyčí a zachycením jednoho zrcadla v ocelové mechanice, jejíž dilatace kompenzovala teplotní rozpínání invarových tyčí. Výboj byl buzen vysokofrekvenčním generátorem.
Krátce z historie ÚPT Instituce s názvem Ústav přístrojové techniky ČSAV (ÚPT) existovala v Brně již od 1. 1. 1957 a vznikla přejmenováním Vývojových dílen ČSAV s osmdesáti třemi zaměstnanci [1]. Jeho jednotlivá pracoviště však byla po Brně dislokována na pěti místech, a proto byla v roce 1960 zprovozněna nová budova o podlahové ploše 5000 m2 za 14 mil. Kčs. Současně byly od 1. 1. 1960 k ÚPT přidruženy i dvě menší pracoviště: Laboratoře elektronové (dříve krátkovlnné) optiky ČSAV a Laboratoře průmyslové elektroniky ČSAV. Takto rozšířený ÚPT byl vybaven velkými a moderními dílnami a působilo v něm sto čtyřicet zaměstnanců. Rozhodnutím Vědecké rady ÚPT byla výzkumná část ústavu uspořádána do tří oddělení. Oddělení vysokofrekvenční spektroskopie navazovalo v této oblasti na dřívější práce Vývojových dílen ČSAV a v jeho čele stál Ing. Josef Dadok. Oddělení infračervené spektroskopie sdružovalo problematiku světelné a infračervené optiky a jemné mechaniky a bylo vedeno Ing. Františkem Petrů. Oddělení elektronové optiky zahrnovalo Laboratoř elektronové optiky rozšířenou o elektroniky a elektrikáře zaměřené na zdroje a ovládání elektronových mikroskopů a v jeho čele stál Ing. Vladimír Drahoš, CSc. Ředitelem ÚPT byl člen korespondent ČSAV Julius Strnad, jeho zástupcem Ing. Armin Delong, CSc. (* 1925), který od roku 1961 stál v čele ÚPT následujících devětatřicet let. Vedení ústavu muselo postupně redukovat více než stovku rozdělaných úkolů a změnit pracovní styl se zaměřením na stavbu především složitých vědeckých přístrojů spolu s rozvíjením metodik a oborů týkajících se vyvíjených přístrojů. Struktura výzkumných oddělení zůstala zachována i po následujících padesát let, počet zaměstnanců koncem osmdesátých let překročil dvě stovky, ale od poloviny devadesátých let do současnosti se pohybuje přibližně na poloviční hodnotě [2].
Aktivity Oddělení infračervené spektroskopie v šedesátých letech Vývoj laserů probíhal v Oddělení infračervené spektroskopie, které se ve druhé polovině šedesátých let přejmenovalo na Oddělení kvantových generátorů světla. Při vzniku ÚPT v tomto útvaru splynuly tři pracovní týmy, které pracovaly na šesti úkolech v celkovém po-
č. 4-5 čtu dvaceti členů [3]. Dominující byl tým zabývající se v letech 1956–1963 infračervenými spektrofotometry. Vedoucím oddělení byl Ing. František Petrů (* 1927 – † 2007) a v týmu pracovali Ing. Bohumír Popela (* 1931 – † 1993), Ing. Vlastislav Boček (* 1920 – † 2007), Ing. Jiří Kršek (* 1932), Oldřich Moudrý, Ludmila Popelová a technologická skupina tvořená M. Rubešem, J. Fajtem a J. Jirůškem. Na popud dr. J. Plívy z Ústavu organické chemie a biochemie ČSAV (ÚOCHB) vyvinuli a předali do užívání ÚOCHB velký laboratorní infračervený spektrofotometr [4]. Společně s Výzkumným ústavem monokrystalů v Turnově vyvinuli malý dvoupaprskový infračervený spektrofotometr a do konce roku 1962 zkonstruovali a vyrobili zdokonalenou verzi pro kvantitativní analýzu [5]. Dohodnutá mezinárodní dělba práce v rámci RVHP stanovovala výrobu těchto přístrojů v SSSR a NDR, a proto nikdo z tuzemských výrobců nechtěl zahájit produkci, přestože v té době jiný výrobce v RVHP neexistoval. To byl i jeden z důvodů, proč byl další výzkum v roce 1963 ukončen. Druhý tým byl veden Ing. Vladimírem Nováčkem a tvořili jej Ing. J. Kocka a Ing. Z. Veselá, J. Suchánek, J. Matoušek, J. Klíma, R. Hájek a Z. Staněk. Sestavili přístroj pro měření optické anizotropie roztoků v hydrodynamickém poli [6], který v roce 1960 předali Ústavu makromolekulární chemie ČSAV. Do roku 1963 zkonstruovali fotoelektrický polarimetr pro měření optické rotační disperze organických látek [7], který předali Ústavu organické chemie a biochemie ČSAV. Třetí tým tvořila trojice Ing. Dušan Vavrouch (* 1927), Miloš Horký (* 1932 – † 2009) a V. Přehnal, která v padesátých letech zkonstruovala laboratorní pH metr [8], počátkem šedesátých let elektrometrický zesilovač s dynamickým kondenzátorem, dodaný k hmotovému spektrometru do Fyzikálního ústavu ČSAV [9], a také vyvíjela Golayův detektor infračerveného záření [10]. Do roku 1963 všechny týmy postupně ukončovaly rozpracované úkoly a výzkumná kapacita oddělení se upřela k nové výzvě – konstrukci laserů.
Počátky laserů Počátkem šedesátých let představoval laser atraktivní téma, i když jeho praktický dopad byl silně podceňován. V té době lasery v ČSSR ještě nebyly, ale několik pracovišť se jejich vývojem zabývalo již od roku 1962, kdy i Oddělení infračervené spektroskopie ÚPT zahájilo studijní etapu. Dne 16. 4. 1963, z pověření kolegia fyziky, svolal ÚPT do Ústavu radiotechniky a elektroniky ČSAV (ÚRE) koordinační poradu o laserech. Účastnili se jí zástupci mnoha pracovišť z ČSAV (Astronomický ústav, Fyzikální ústav, Ústav fyziky pevných látek, Ústav makromolekulární chemie, ÚPT, ÚRE) i mimo ČSAV (VÚVET, VÚST, VÚ O11, ÚVOJM, ČVUT aj.). Výsledkem jednání byla dohoda o spolupráci na laserovém programu, která ukládala ÚPT a VÚVET zajišťovat laserovou přístrojovou techniku. Oddělení infračervené spektroskopie ÚPT se ihned začalo zabývat vývojem dvou typů laserů – kontinuálního plynového laseru se směsí plynů helia a neonu a pulsního rubínového laseru.
‹ Čs. čas. fyz. 60 (2010) ›
Obr. 2 První He-Ne laser v ČR s částí vývojového týmu, zleva: Ing. V. Boček, Ing. F. Petrů, Ing. J. Kršek, Ing. B. Popela.
pěti infračervených vlnových délkách v rozmezí 1118– 1207 nm. Členy týmu byli F. Petrů, B. Popela, J. Kršek, Z. Veselá, V. Boček, M. Rubeš, A. Stejskal, O. Moudrý, R. Chudoba, J. Fajt, L. Popelová, Z. Barák a J. Jirůšek a tehdy jistě netušili, že lasery se stanou jejich trvalou náplní práce po následující desítky let. Čelili nedostatku informací ohledně technik dosažení inverze obsazení hladin neonu, protože publikace v té době sdělovaly spíše kvalitativní informace bez kvantitativních a technologických detailů (např. konfigurace rezonátoru, ztráty v rezonátoru, zisk aktivního prostředí apod.). Novost problematiky spojená s přirozeným pokračováním jejich znalostí infračervené spektroskopie udržela dostatečné nadšení týmu, aby jeho pracovníci zvládli řadu rozličných problémů. Vlastními silami sestavili z dostupných komponent aparaturu na vakuové plnění výbojových trubic, vysokofrekvenční generátor pro buzení výboje v trubicích, invarový rezonátor (viz obr. 1 a 2), infračervený spektrofotometr s možností zápisu spektrálních čar atd. Cenným a nadšeným spolupracovníkem jim byl RNDr. Zdeněk Knittl (* 1922 – † 1983) z Ústavu pro výzkum optiky a jemné mechaniky v Přerově, který využil svých teoretických a technologických zkušeností a připravil kvalitní laserová zrcadla s mnohonásobnými dielektrickými vrstvami a rovněž byl nápomocen při získání kvalitních planparalelních uzavíracích Brewsterových okének do laserových výbojových trubic. Po poměrně krátkém experimentování s optimálním tlakem plynů v trubici dosáhli
První He-Ne lasery v ČSSR Problematice plynových laserů se v ÚPT věnoval tým složený z odborníků na infračervenou spektroskopii. Důvodem byla skutečnost, že v lednu 1961 byl ve světě představen první He-Ne laser, který pracoval na
Obr. 3 Zápis z laboratorního deníku popisující úspěšné dosažení stimulované emise v laboratorní konstrukci He-Ne laseru na vlnové délce 632,8 nm.
211
212
‹ Referáty › které n. p. Meopta Přerov začal okamžitě vyrábět. Lasery mohly pracovat na třech vlnových délkách 632,8 nm, 1152,3 nm a 3390 nm, jejich volba se prováděla výměnou zrcadel rezonátoru. Výbojové trubice dodával VÚVET Praha a napájecí zdroje n. p. ZEZ Rychnov n. M. Již v roce 1964 byly lasery vystavovány na brněnském veletrhu a Meopta jich vyrobila asi sto kusů, než jejich výrobu v roce 1968 zastavila. První laserová aplikace řešená v ÚPT v letech 1966– 1967 byla poměrně atypická a do značné míry byla inspirována spektroskopickou minulostí skupiny. Jednalo se o Ramanovu spektroskopii, která využívala excitační He-Ne laser na vlnové délce 632,8 nm a výkonu 40 mW. Tým adaptoval Ramanův spektrometr Ústavu makromolekulární chemie ČSAV v Praze a v roce 1968 sestrojil vlastní přístroj [15] (viz obr. 5).
(a)
(b)
První pulsní lasery v ÚPT
Obr. 4 (a) Vpravo laser 800 K vyvinutý v ÚPT a vyráběný v Meoptě Přerov. Vlevo od laseru je vf zdroj, před zdrojem jsou zrcadla pro volbu pracovních vlnových délek 632,8 nm, 1152,3 nm a 3390 nm. S vf příkonem menším než 200 W dosahovaly lasery výstupního výkonu kolem 1 mW. (b) Detail uspořádání laserové hlavice, která již využívá jednoho nosného invarového U profilu.
dne 16. 10. 1963 v 16:00 stimulované emise na vlnové délce 1150 nm [11]. Jednalo se o první laser v ČR, který vyzařoval nepřetržitý laserový svazek (pracoval v tzv. kontinuálním režimu). V relativně rychlém sledu následovaly úspěchy i na dalších vlnových délkách, 27. 2. 1964 dosáhli stimulované emise na 3390 nm a dne 8. 4. 1964 na viditelné vlnové délce 632,8 nm [12] (viz obr. 3), tedy pouhé dva roky po jeho světové premiéře. Úkolem týmu však bylo hlavně poskytovat lasery dalším tuzemským pracovištím, a proto se zaměřil na konstrukce laserů o různém výkonu a různé délce rezonátoru. Vypracoval metodiku pro měření parametrů aktivního prostředí, vlastností rezonátorů [13], vybudoval technologickou a měřicí základnu pro výrobu výbojových trubic, navrhl vysokofrekvenční generátory a rozpracoval difrakční teorii rezonátorů [14]. V roce 1964 již existovaly tři typy laserů o délce rezonátoru 800 mm, 1265 mm a 2000 mm (viz obr. 4),
Pulsním laserům se věnovaly téměř nezávisle dva týmy. První tým vedený D. Vavrouchem, se spolupracovníky M. Horkým, V. Přehnalem, F. Slaměníkem a od roku 1965 R. Chudobou, se soustředil na standardní rubínové lasery. Používaly se krystaly vyráběné pro hodinářské účely a kvalita rubínu byla špatná. Krystal musel být chlazen tekutým dusíkem a dne 4. 3. 1964 dosáhl tým stimulované emise v pulsech délky desetin milisekund až milisekunda. Úspěšný provoz laseru za pokojové teploty vyžadoval vyřešení mnoha technologických a metodických problémů. Jednalo se zejména o měření šířky luminiscenční čáry chromu pro posouzení kvality rubínu [16], měření vnitřních odporů kondenzátorů a xenonových výbojek [17], měření výstupní energie laserů [18], konstrukci a stavbu zdroje pro napájení laseru [19] a hodnocení různých konfigurací čerpacích eliptických válcových zrcadel. Výsledky těchto prací vedly ke konstrukcím s jednoduchým eliptickým (1965), čtyřeliptickým (1966) a dvoueliptickým (1970) válcovým zrcadlem (viz obr. 6) [20]. Druhý tým ve složení V. Nováček, J. Matoušek, R. Hájek, Z. Staněk se zaměřil na rubínové lasery s obřími pulsy určené pro studium polovodičů. Na sklonku roku 1966 tento tým zkonstruoval laser, který umožňoval modulovat činitel jakosti rezonátoru několika metodami (rotující odražeče, kapalinové závěrky, Kerrova cela) a poskytoval pulsy o výkonu až 47 MW a délce 25 ns [21]. Tento laser byl v roce 1967 zapůjčen do Ústavu fyziky pevných látek ČSAV v Praze. Poté co se V. Nováček nevrátil v roce 1968 ze zahraničního pracovního pobytu a emigroval, byly práce na laserech s obřími pulsy zastaveny.
Obr. 5 Ramanovský spektrometr doplněný He-Ne laserem ÚPT na vlnové délce 632,8 nm s výkonem 40 mW (vlevo).
č. 4-5
Obr. 6 Konstrukce rubínového pulsního laseru.
V druhé polovině šedesátých let tedy ÚPT disponoval jak kontinuálně pracujícími plynovými lasery, tak i pulsními rubínovými lasery. Některé již byly průmyslově vyráběny, u jiných bylo připraveno jejich převedení do výroby. Ukázalo se však, že výrobní podniky nemají zájem o výrobu technologicky náročných laserů, o které není velký komerční zájem, ale spíše se kloní k výrobě přístrojových kompletů s lasery. To otevíralo pole k celé řadě zajímavých aplikací, které nebyly pracovníkům oddělení proti mysli. Vedoucí oddělení odolal svodům tehdy populární holografie a nasměroval hlavní část oddělení na problematiku jednofrekvenčních laserů, které nabízely mimořádně zajímavou tématiku jak po stránce fyzikální, tak i elektronické a aplikační.
‹ Čs. čas. fyz. 60 (2010) ›
s výkony 60 mW, 40 mW a 5 mW s životností přesahující 5000 hodin [25]. V letech 1974–1977 byly vyráběny n. p. Metra Blansko s označeními LA 1001, LA 1002 a LA 1003 (viz obr. 8). Tyto lasery umožnily rozvoj řady oborů a byly např. využívány množstvím institucí k aplikacím v holografii, optice, měřicí technice, medicíně a zemědělství. V letech 1979–1982 byla konstrukce He-Ne laserů v ÚPT dále zdokonalována s cílem zvýšit tepelnou stabilitu laserů. Vyvinuté typy frekvenčně stabilizovaných laserů [26, 27] vyráběl n. p. Metra Blansko a byly využívány v laserových interferenčních měřicích systémech LIMS a pod označením TK6 i v elektronových litografech. Laser dosahoval relativní přesnosti vlnové délky v řádu 10-8. Od roku 1981 se tým věnoval problematice He-Ne laserů, které vyšší frekvenční stability dosahovaly saturovanou absorpcí emitovaného záření laseru v parách jodu 127I2 (viz obr. 9). Lasery tohoto typu byly v letech 1987 a 1988 srovnány s celosvětovým normálem délky v Mezinárodním úřadu pro míry a váhy v Paříži (BIPM) a s normálem v PTB a byly zařazeny mezi mezinárodně registrované normály délek. Návrh He-Ne laserů stabilizovaných prostřednictvím saturované absorpce v parách jodu byl veden snahou vytvořit kompaktní superstabilní laser, který by mohl sloužit jako zdroj záření pro interferometrické odměřování v nejvyšší třídě přesnosti, především ve vakuových podmínkách, kde není limitujícím faktorem vliv indexu lomu vzduchu. V tomto smyslu idea i konstrukce jodem stabilizovaných laserů výrazně předběhla svou dobu. Technologická složitost a s ní související cena by byla ospravedlnitelná jen v mimořádných podmínkách nasazení. V současné době je obdobná konstrukce (s pevnolátkovým laserem) nasazena v interferometrech pro příjem gravitačních vln a v nanometrologických aplikacích se o něčem podobném teprve uvažuje.
213
» Ukázalo
se, že výrobní podniky nemají zájem o výrobu technologicky náročných laserů, ale spíše se kloní k výrobě přístrojových kompletů s lasery.
«
Další rozvoj laserů Od roku 1965 již technologie zhotovování He-Ne laserů natolik pokročila, že další aktivity se zaměřily na omezení počtu pracujících modů s cílem získat jednofrekvenční jednomodový laser s frekvenčně stabilizovaným výstupním zářením. Takový laser z principu nemá vysoký výstupní výkon, ale vyznačuje se až několik desítek kilometrů dlouhou koherenční délkou. V následující etapě se tým soustředil na hledání optimálních rozměrů výbojové trubice, optimálního poměru plynů a technologie zpracování s ohledem na dlouhou životnost a stabilní výstupní výkon [22]. V roce 1971 byl vývoj ukončen a tento metrologický laser byl vyráběn dvanáct let v n. p. Metra Blansko pod typovým označením LA 1000 (viz obr. 7). Jeho vlastnosti byly v letech 1969 a 1971 porovnány s tehdejším normálem délky (čárou 605,7 nm v 86Kr výbojce) v Physikalisch-Technische Bundesanstalt v Braunschweigu (PTB) a měření ukázala, že jeho vakuová vlnová délka je 632,99141 nm se zaručenou dlouhodobou stabilitou 5x10-8 [23, 24]. Vznikl tak československý laserový subnormál délek, který používaly tuzemské metrologické instituce a který je základem i pozdější verze laseru s jodovou kyvetou. V roce 1970 tým zprovoznil He-Cd laser o vlnové délce 441,6 nm, který však již dále nebyl rozvíjen. V následujícím desetiletí byly uvedeny do provozu a převedeny i do výroby tři příčně jednomodové He-Ne lasery
Obr. 7 První jednofrekvenční He-Ne laser na vlnové délce 632,99 nm, který měl frekvenci stabilizovanou na tzv. Lamb-dip a stal se základem československých laserových subnormálů délek.
Obr. 8 Ukázka výrobního sortimentu laserů n. p. Metra s výkony od 5 mW po 50 mW (nejdelší), jehož vývoj pocházel z ÚPT. Zleva doprava LA1001, LA1002, LA1003, vpravo jednofrekvenční metrologický laser LA1000. Kolekce byla doplněna měřičem výkonu a kmitajícím interferometrem (v popředí) pro analýzu modové struktury laserů.
214
‹ Referáty ›
Obr. 9 Ukázka dvou generací laserových hlavic, jejichž frekvence byla stabilizována saturovanou absorpcí v parách jodu. Uprostřed je elektronika, která zajišťovala chod a uživatelsky příjemné ovládání laseru, např. i automatické ladění na vybrané hyperjemné přechody v parách jodu.
Zvláště laser s křemenným rezonátorem (na obr. 9 vlevo) je zcela unikátní, mimořádně kompaktní konstrukce vytvořená pouze sklářskou technologií, kde těleso rezonátoru, výbojová trubice i absorpční kyveta tvoří jeden nerozebíratelný celek. Řídicí elektronika pro detekci spektrálních čar (na obr. 9 uprostřed) byla navržena pro automatické vyhledávání spektrálních čar a stabilizaci na předvolenou čáru, opět s cílem autonomního provozu. Žádný jiný ve světě konstruovaný laserový systém se stabilizací na subdopplerovské absorpční čáry nebyl takto navržen. Z dnešního pohledu je konstrukce takovéto řídicí elektroniky v předpočítačové době téměř neuvěřitelným počinem. Od roku 1988 se v popředí zájmu ocitá problematika He-Ne laserů pracujících na vlnové délce 543,5 nm a je snaha zvládnout podstatně náročnější technologii výroby těchto laserových trubic tak, aby mohl být zkonstruován frekvenčně stabilizovaný laser, který by se stal základem pro dvoubarevnou interferometrii. Zisk aktivního prostředí na této vlnové délce je sedmnáctkrát menší než u přechodu 632,8 nm a tato skutečnost představovala technologickou výzvu, u které F. Petrů zúročil své letité praktické zkušenosti. Musela být použita technika rezonátorů s vnitřními zrcadly, aby úroveň optických ztrát byla snížena na minimum, ale současně tato konfigurace v kombinaci s aktivním prostředím musela být zkoumána nejen experimentálně, ale i teoreticky [28]. S úspěchem byla v roce 1995 experimentálně vyzkoušena laserová trubice pracující na vlnové délce 543,5 nm, ale její výkon nebyl dostačující,
Obr. 10 Ukázka diodového laseru s externím rezonátorem (vlevo) stabilizovaným saturovanou absorpcí v parách jodu (kyveta vpravo).
a tak byly pro frekvenční stabilizaci používány modifikované komerční lasery. Vzniklo několik funkčních modelů, ale ty nakonec nenalezly plánované využití v interferometrických systémech. Do života oddělení citelně zasáhlo snižování stavu zaměstnanců ČSAV v roce 1993, kdy byl počet členů direktivně snížen na méně než deset a oddělení o vlásek uniklo zrušení. V roce 1992 F. Petrů zprovoznil nový typ He-Ne laseru, který využíval směsi dvou izotopů 20Ne a 22Ne a umožňoval přesnější stabilizaci frekvence na centrální spektrální maximum zisku v porovnání s dříve využívaným nelineárním efektem v aktivním prostředí tvořeného jedním izotopem (Lamb-dip) [29]. Přínos této koncepce spočíval především v jednoduchosti a robustnosti stabilizace optického kmitočtu. Lasery se směsí izotopů byly následně vyráběny firmou Limtek jako zdroje záření pro interferometry a byly zákazníky vysoce ceněny pro spolehlivý provoz a odolnost proti zpětným odrazům. S výraznou pomocí mladých absolventů VŠ (Ing. Josef Lazar a Ing. Ondřej Číp) byl v roce 1993 dokončen počítačem řízený laser stabilizovaný na hyperjemné absorpční čáry jodu. Systém navazoval na koncepci automatické řídicí elektroniky B. Popely, avšak pracoval již s digitálním zpracováním signálu a řízením jednočipovým mikrokontrolérem a komunikací s počítačem PC. V těchto letech vyvstal i generační problém, neboť původní pracovní tým byl po třicet let tvořen z velké části vrstevníky, mezi něž se mladí absolventi VŠ včleňovali velmi těžce a většina jich ústav v krátké době opouštěla (RNDr. Libor Mrňa, RNDr. Martin Petráček, Ing. Martin Polák, Ing. František Máchal, Ing. Aleš Karpíšek, Ing. Luděk Mach). Situace se stabilizovala až s rozvojem grantových agentur, které umožnily mladým pracovníkům získat v bádání relativní finanční nezávislost. Z odborného hlediska začínalo být zřejmé, že nastupující laserové diody mohou být vhodnou alternativou pro vlnové délky jiné, než poskytoval He-Ne laser. Mgr. Pavel Zemánek a později zejména J. Lazar a O. Číp se podíleli na konstrukcích polovodičových laserů, jejichž emisní čára byla zúžena zpětnou optickou vazbou od externího rezonátoru [30]. Zpočátku se zaměřili na polovodičové lasery pracující na vlnové délce v okolí vlnové délky HeNe (633 nm) a ve velmi krátké době zkonstruovali i systém na bázi laserových diod, který je frekvenčně stabilizovaný pomocí saturované absorpce v parách jodu (viz obr. 10). Tento systém byl začátkem roku 1999 frekvenčně srovnán se světovým laserovým normálem délky v BIPM a se systémy ostatních světových laboratoří [31]. Výzkum polovodičových laserů s externím rezonátorem (ECL) se ukázal jako nosné téma a poznatky získané s lasery malých výkonů a velké koherence byly zúročeny v několika dalších konstrukcích, např. u výkonových laserů pro optické čerpání atomů rubidia, které srážkami přenášely magnetizaci na jádra xenonu a umožnily jeho detekci magnetickou rezonancí (NMR). V první dekádě nového tisíciletí se pozornost soustředila na laserové diody se svislým rezonátorem (VCSEL) a frekvenční stabilizaci Nd:YAG laserů. Koncept polovodičového laseru s vysokou koherencí a stabilizací vlnové délky vazbou na vhodný referenční absorpční přechod se ukázal jako užitečný v řadě dalších aplikací. Na základě iniciativy Českého Telecomu
č. 4-5
‹ Čs. čas. fyz. 60 (2010) ›
Jednou z prvních aplikací optických syntezátorů byl v roce 2007 převod stability frekvence optických komponent na geometrický etalon délky reprezentovaný Fabry-Perotovým interferometrem [34]. V současnosti jsou syntezátory využívány pro měření indexu lomu vzduchu, měření délky s rozlišením až desetiny nanometru, měření teplotních dilatací nízkoexpanzních materiálů atd. [35].
(a)
Laserová vrtačka diamantů a laserový měřič rychlosti
(b)
(c)
Obr. 11 (a) Ukázka laserové vrtačky diamantů konstruované pro Pramet Šumperk, ale nakonec prodané Ústavu pro výzkum radiotechniky v Opočinku za 430 000 Kčs. Zadní část stojanu ukrývá Nd:YAG laser, horní část s nápisem obsahuje optiku pro formování svazku, dvojice okulárů umožňuje pozorovat vrtání zboku a shora (ne současně.) (b) Horní pohled na otvor o průměru menším než 100 mikrometrů provrtaný do rubínového ložiska hodinek. (c) Boční pohled na vrtání diamantového průvlaku.
byl v rámci společného projektu s Českým metrologickým institutem realizován normál pro telekomunikační vlnové délky, tj. laser stabilizovaný na lineární i saturovanou absorpci v acetylenu. Ve spolupráci s badatelským centrem PALS (Prague Asterix Laser System) byl vyvinut polovodičový laser frekvenčně stabilizovaný na vybrané přechody v disociovaných parách jodu. Systém byl určen pro náhradu původního pulsního „master oscilátoru“ laserem s kontinuálním provozem, kde by pulsy byly vytvářeny optickou závěrkou [32]. Po roce 2000 bylo rovněž zřejmé, že kromě pokročilých technik laserové spektroskopie bude nezbytné zabývat se i jinými způsoby generování stabilních laserových frekvencí. Souviselo to především s příchodem tzv. optické frekvenční syntézy, která umožňuje vzájemně porovnávat normály optické délky pracující na frekvencích v řádu stovek THz s normály času, které pracují v radiofrekvenční oblasti [33]. Skupina laserů se proto rozhodla rozšířit téma výzkumné práce i na tuto zcela novou oblast. Uvedený krok souvisel také s mezinárodním napojením skupiny na zahraniční pracoviště PTB a BIPM, které výrazně urychlilo přenos nových poznatků. V současnosti je v ÚPT provozován jeden syntezátor pracující na opticky čerpaném pulsním Ti:Safírovém laseru (střední vlnová délka 810 nm) a jeden syntezátor pracující v opticky čerpaném erbiem dopovaném vlákně (střední vlnová délka 1500 nm).
Tým D. Vavroucha se v letech 1968–1974 rozhodl využít zkušeností s pevnolátkovými lasery k vrtání materiálů a z podnětu n. p. Pramet Šumperk zkonstruoval se svými spolupracovníky laserovou vrtačku diamantů. Umožňovala mnohonásobně rychlejší vrtání průvlaků pro jemné drátky o průměru 0,01mm. První verze z roku 1969 využívala rubínového laseru se čtyřeliptickým válcovým zrcadlem [36], finální verze však používala laser na bázi Nd:YAG [37] (viz obr. 11). Ověřilo se s ní vrtání diamatových průvlaků, rubínů pro hodinková ložiska, vrtání, řezání a ryskování destiček Al2O3 i svařování tenkých drátků [38]. Prametr však po dokončení vrtačky upustil od inovace výroby a zařízení našlo v r. 1975 uplatnění v Ústavu pro výzkum radiotechniky v Opočinku. Další práce na pevnolátkových laserech a jejich aplikacích byly následně ukončeny a tým D. Vavroucha se zaměřil na laserové měření rychlosti. K laserovému měření rychlosti využíval tým D. Vavroucha rozdílného rozptylu světla během průchodu objektu interferenčním polem, vytvořeným interferencí dvou laserových svazků. Z modulované amplitudy rozptýleného světla se určovala rychlost objektů. Ukázalo se, že kromě měření rychlosti kapalin (anemometr) je tato metoda nadmíru užitečná při měření rychlosti žhavých předvalků ve válcovnách [39]. Do roku 1984 byl přístroj pro tuto aplikaci optimalizován a dokumentace předána do n. p. Metra Blansko, která v roce 1984 postavila jeden funkční vzor (viz obr. 12). Nevýhodou tohoto přístroje však bylo, že neměřil nízké rychlosti a nerozeznal směr pohybu objektu. Zdokonalená verze odstranila i tyto problémy a využívala frekvenčního posuvu záření jednoho svazku akustooptickým de-
Obr. 12 Funkční vzor měřiče rychlosti a délky.
215
» Po roce 2000
bylo zřejmé, že kromě pokročilých technik laserové spektroskopie bude nezbytné zabývat se i jinými způsoby generování stabilních laserových frekvencí.
«
216
‹ Referáty › flektorem (tzv. Braggova cela) [40]. Přístroj se osvědčil při měření rychlosti a délky slitků na lince plynulého odlévání oceli v železárnách v Podbrezové v roce 1988 a několik kusů bylo prodáno do Výzkumného ústavu hutnictví železa v Dobré a Žďárských strojíren. V roce 1990 zúčastnění pracovníci odešli do důchodu a zmíněné směry přestaly být dále rozvíjeny.
Laserové interferenční měřicí soustavy
Obr. 13 První model laserového měřiče délek a rychlostí LA3000 s řídicí a vyhodnocovací elektronikou. Laserová hlavice je pevně spojená s dělicí optikou, měřicí i referenční svazek se souběžně šířily ke koutovému odražeči, který byl připevněn k odměřovanému vzorku. Tento výrobek Metry Blansko byl v roce 1971 oceněn zlatou medailí na Mezinárodním strojírenském veletrhu v Brně.
Obr. 14 Příklad použití první verze laserového měřiče délek a rychlostí v n. p. TOS Kuřim při kontrole přesnosti kuličkových šroubů.
Obr. 15 Použití laserového měřiče délky ve Vítkovicích. J. Kršek nastavuje systém na frézce.
Již v roce 1967 se začal konstruovat první laserový interferenční měřič délek a rychlostí s pevně připojenou dělicí soustavou [23], jehož podklady byly v roce 1970 předány do n. p. Metra Blansko a v letech 1973–1980 byly vyráběny pod označením LA 3000 a LA 3001 (viz obr. 13, obr. 14, obr. 15, obr. 16). Druhý typ interferometru byl oddělen od laseru a využíval nový typ detekčních jednotek [41]. Metra jej vyráběla v letech 1978–1983 pod označením LA 3002 a obsahoval i automatické korekce interferenční jednotky [42]. Rozlišovací schopnost těchto interferometrů byla 80 nm (osmina vlnové délky) a Metra byla jediným výrobcem interferometrů tohoto typu v zemích RVHP. Jejich vývoz proto přesahoval i 60 procent výroby. Tyto interferometry byly využívány v průmyslových provozech, např. při výrobě kuličkových šroubů a NC strojů v n. p. TOS Kuřim [43], ke kontrole přesnosti NC obráběcích strojů v k. p. Kovosvit Sezimovo Ústí a ke kontrole posuvu pravítka na ryskovacím stroji v n. p. ZPA Praha. Na základě předchozích zkušeností s LA 3002 vznikala od roku 1976 nová koncepce laserového interferenčního měřicího systému (LIMS) určeného pro strojírenství. Byl kompaktní, přenosný, modulární a nabízel řadu nových funkčních možností (měření rychlosti, přímosti, rovinnosti, malé úhly, měření rychlých dynamických dějů a délky až ve třech osách) [26, 44]. Od roku 1983 tyto přístroje dodávala Metra Blansko a v později Limtek, s. r. o. (viz obr. 17). Od roku 1979 byly vyvíjeny laserové systémy určené k odměřování ve dvou souřadnicích. Využívaly dvojnásobného průchodu světla interferometrem a dosahovaly vyššího rozlišení 40 nm pří posuvu rychlostí až 25 mm/s [26, 27, 45]. Byly určeny pro vestavění do speciálních zařízení, např. elektronového litografu vyvíjeného v ÚPT (viz obr. 18, obr. 19). Laserové interferometrické systémy byly postupně zdokonalovány i v následujících letech, rafinované víceprůchodové geometrie byly v roce 2000 kombinovány s eliminací nelinearit a umožnily dosáhnout rozlišení až 0,3 nm [46].
Obr. 16 Testování přesnosti NC obráběcího stroje v Kovosvitu Sezimovo Ústí laserovým měřičem délek. Stojící zleva: B. Popela, J. Kršek, M. Jákl. Sedící zleva: F. Petrů, A. Stejskal, zaměstnanec Kovosvitu.
č. 4-5
‹ Čs. čas. fyz. 60 (2010) ›
217
Obr. 18 Ukázka elektroniky, frekvenčně stabilizovaného laseru a optických elementů pro dvouosový laserový interferometrický odměřovací systém elektronového litografu. Obr. 17 Jedna z prvních verzí laserového interferenčního měřicího systému (LIMS) z produkce n. p. Metra Blansko a vyvinutého v ÚPT.
S cílem přejít k ještě citlivějším metodám měření vzdáleností se výzkumný tým postupně soustředil na vícesvazkovou interferometrii využívající Fabry-Perotův rezonátor. K tomu účelu F. Petrů v roce 2003 sestrojil vysoce stabilní rezonátor, který měl potlačené teplotní dilatace během měření. Rozlišení tohoto typu interferometru se pohybuje v řádu desetin nanometru [47]. V období po roce 2000 byly dále rozpracovávány metody dvoubarevné interferometrie a absolutní interferometrie, které si kladly za cíl detekovat inteferometricky měřenou vzdálenost absolutně. Nejnadějnější metodou se stal vláknový interferometr na bázi laserové diody VCSEL, která umožňovala přeladění výstupní vlnové délky až 1,2 nm. S tímto systémem se podařilo dosáhnout relativní přesnosti 5x10-5 [48]. V tomto období byl F. Petrů zkonstruován refraktometr s posuvnou a evakuovatelnou kyvetou, který umožňoval měření indexu lomu vzduchu. Došlo i na testování nových metod měření indexu lomu vzduchu pomocí Fabry-Perotova interferometru s fixní délkou, což byla jedna z posledních výzkumných prací F. Petrů. Jeho konstrukce dvojitého a zároveň diferenčního Fabry-Perotova rezonátoru s jedním rovinným zrcadlem a jedním koutovým odražečem se stala dalším unikátním zařízením pro přesné měření délek [49]. Spolu s oživením českého průmyslu po roce 2002 začaly po dlouhých letech průmyslové podniky žádat specializovaná měření a také spolupráci při vývoji nových měřicích přístrojů. Jedním z prvních příkladů, který navázal na zpřetrhané vazby ÚPT s průmyslovými podniky v oblasti laserové techniky, se stal společný projekt s firmou Mesing v Brně. Cílem projektu bylo vyvinout moderní laserový odměřovací systém, který ve spojení s polohovacím mechanismem umožní velmi přesné kalibrace délkových snímačů. V roce 2008 byla dokončena první verze laserového nano-komparátoru, která díky unikátní metodě kompenzace chyb vedení měřicího zrcadla umožňuje kalibrovat snímače až do délky 100 mm s rozlišením až 0,3 nm [50]. Tento prototyp získal ocenění na 50. mezinárodním strojírenském veletrhu v Brně.
Obr. 19 Ukázka propojení dvouosého laserového interferometrického odměřovacího systému s polohovacím stolkem používaným v elektronovém litografu.
vhodně nastaveném rezonátoru laseru (dnes populárně nazývaný optický vír) je vhodnější pro prostorové zachycení mikroobjektů jediným fokusovaným svazkem (tzv. optickou pinzetou). V následujících letech se tým rozrůstal až na dnešních dvanáct členů a úspěšně se zabýval hledáním nových metod optických manipulací a jejich praktickým využitím. Byla zbudována kombinovaná sestava vícenásobné optické pinze-
Obr. 20 Víceprůchodový interferometr s rozlišením 0,3 nm měřené vzdálenosti.
Optické mikromanipulační techniky Od roku 1995 postupně vznikala skupina vedená P. Zemánkem, která využívala mechanických účinků světla laserů k prostorovému zachycení mikroobjektů a později i nanoobjektů [51]. Je jistě zajímavostí, že ke svým prvním experimentům použili He-Ne lasery LA1001 s nejdelším razonátorem a výkonem 80 mW, které byly před dvaceti pěti lety vyvinuty v ÚPT. Dokonce se ukázalo, že tzv. koblížkový mod vznikající při ne-
Obr. 21 Ukázka měřicího rezonátoru na bázi Fabry-Perotova interferometru. Konstrukce využívá zerodurových tyčí k potlačení teplotní dilatace rezonátoru.
‹ Referáty ›
Obr. 22 Nanokomparátor pro kalibraci délkových snímačů s rozlišením 0,3 nm.
ty umožňující počítačem generovat a polohovat dvě stálé optické pasti nebo několik sdílených optických pastí vytvořených rychlým přeskakováním laserového svazku. Toto zařízení bylo kombinováno s ultrafialovým optickým skalpelem. Celá sestava využívala invertovaného mikroskopu Olympus IX70 doplněného klimatizovaným boxem pro dlouhodobé uchování živých vzorků. Byla provedena řada experimentů ke kvalitativnímu i kvantitativnímu popisu manipulací s nanoobjeky, mikroobjekty, či uvnitř živých buněk. Pulsní laser byl využit k laserem indukované fúzi živých buněk a studiu přerozdělení chromatinu v jádrech buněk [52] a k destrukčním mikrozásahům uvnitř živých prvoků [53]. Dále byl sestaven tzv. fotonický siloměrný mikroskop, který využíval opticky zachycené mikrosondy k bezkontaktnímu rastrování topologie povrchu vzorku s rozlišením 25 nm [54]. Od roku 2005 skupina obnovila po desetiletí přerušenou spolupráci s Meoptou Přerov a společně vyvinuly kompaktní systém optické pinzety, který lze včetně
Obr. 23 Kompaktní optická pinzeta, kterou lze umístit mezi objektiv a tělo optického mikroskopu bez nutnosti modifikovat optickou cestu mikroskopu. Konstrukce už v sobě zahrnuje laserovou diodu o výkonu 150 mW a nezbytnou optiku pro tvarování chytacího svazku.
Obr. 24 Výřez ukazuje sedm polystyrénových kulových objektů o průměru 200 nm, které byly zachyceny do dvou protiběžných interferujících nedifrakčních svazků (stojaté nedifrakční vlny). Změnou fáze jednoho svazku bylo dosaženo přesouvání celého řetězce intenzitních maxim a minim stojaté vlny, do kterých byly objekty zachyceny – jak je naznačeno v jednotlivých řádcích. S ohledem na zobrazovací systém je na jednotlivých řádcích ukázán obousměrný přesun objektů v maximální délce pouze 50 µm, ale sestava umožňovala přesun až o 1 mm.
5,72 5,28 4,84 4,40 3,9 3,52 čas [s]
218
3,08 2,64 2,20 1,76 1,32 0,88 0,44 0,00
20 40 60 80 100 120 z [ �m]
laseru umístit mezi objektiv a tělo optického mikroskopu [55] (viz obr. 23). Optické mikromanipulační techniky byly postupně kombinovány s ramanovskou laserovou spektroskopií a mikrofluidními platformami a lasery jsou využívány k diagnostice jednotlivých živých buněk a bezkontaktním sterilním manipulacím s nimi. Kromě výše zmíněných praktičtějších aplikací skupina paralelně hledala nová využití laserů, která vycházela z mechanických účinků světla laserů. Jedním z nejoriginálnějších výsledků byla realizace optického dopravníku na bázi stojaté vlny v nedifrakčním svazku [56]. Tento nástroj umožňuje dopravovat objekty o průměru pouhých 200 nm na vzdálenost až 1 mm. Díky unikátním vlastnostem nedifrakčního svazku – jeho schopnosti rekonstrukce za překážkou reprezentovanou zachycenou částicí – je možné najednou zachytit a dopravit s mikrometrovou přesností i více objektů (viz obr. 24). Dalším unikátním výsledkem byla realizace stojaté vlny interferencí dvou protiběžných nezářivých polí vzniklých při totálním odrazu svazků na neosvícené straně hranolu. Změnou fáze jedné z vln bylo dosaženo pohybu intenzitních maxim spolu se zachycenými objekty po povrchu hranolu. Prokázalo se, že objekty jistých velikostí nejsou stojatou vlnou silově ovlivněny, kdežto ostatní podléhají jejímu vlivu. Tato vlastnost byla využita ke konstrukci unikátního mechanismu, který pouhým světlem třídí submikrometrové objekty podle velikosti [57] (viz obr. 25). Aktuálně se skupina zaměřila na samouspořádávání mikročástic osvícených netvarovanými laserovými svazky. V důsledku rozptylu světla částicemi vzniká nové prostorové rozložení záření, které v některých případech prostorově lokalizuje mikročástice – vzniká tzv. opticky vázaná hmota. Ukazuje se, že vzdálenost mezi částicemi v rovnovážné poloze silně závisí na parametrech částic a prostředí, ve kterém se částice nachází, a mohla by sloužit jako citlivý indikátor změn vnějších parametrů [58]. Používané lasery však již nepocházejí z dílen ÚPT.
č. 4-5 (a)
(b)
‹ Čs. čas. fyz. 60 (2010) ›
219
0,64 0,56
time [s]
0,48 0,40 0,32 0,24 0,16 0,08 0,00
4 8 12 16 20 z [ �m] Obr. 25 (a) Příklad experimentálního uspořádání třídičky. Svazky dopadají šikmo zdola, na horní ploše hranolu vzniká nezářivá stojatá vlna, která je použita ke třídění. Objektiv umístěný nad hranolem zajišťuje pozorování objektů. (b) Princip světelného třídění koloidních částic podle jejich velikosti: Větší částice necítí stojatou vlnu a jsou větším radiačním tlakem tlačeny doleva (naklonění je způsobeno větší optickou intenzitou svazku jdoucího zprava). Menší částice je zachycena do stojaté vlny a principem světelného dopravníku jsou pohyblivou stojatou vlnou přemísťovány doprava. Obrázek vpravo ukazuje experimentální třídění polystyrénových kulových objektů o průměru 750 nm (doleva) a 350 nm (doprava).
Závěr V závěru článku je třeba připomenout, že zkušenosti s vývojem a konstrukcí laserů a jejich aplikacemi se postupně přenesly na současné pracovníky oddělení a jsou využívány skupinou Optických manipulačních technik a dvěma skupinami Koherentních laserů a interferometrie. Technologie výroby He-Ne laserů byla v roce 2008 zkvalitněna novou vakuovou aparaturou a unikátní He-Ne trubice navržené F. Petrů jsou stále vyráběny pro experimentální činnost oddělení. Stejně tak i výroba absorpčních kyvet pro laserovou spektroskopii byla v posledních letech modernizována a zhotovované kyvety jsou mezinárodně vysoce ceněny kvůli vynikající spektroskopické čistotě jejich plynové náplně. Na druhé straně je však třeba zmínit, že dostupnost širokého spektra laserů od zahraničních výrobců směřuje současné výzkumné aktivity převážně k využití laserů jako nástroje pro určitou metodu, měření či experiment místo k jejich konstrukci.
Poděkování Autoři děkují prof. J. Komrskovi, T. Šarlejové, M. Lángové a J. Maiselové za pomoc při hledání archivních materiálů, dále jsou vděčni za finanční podporu z výzkumného záměru ÚPT (AV0Z20650511) a projektu ALISI (CZ.1.05/2.1.00/01.0017) spolufinancovaného v rámci OP VaVpI z prostředků Evropského fondu pro regionální rozvoj a státního rozpočtu.
Literatura [1] J. Komrska: „Historie ÚPT ČSAV“, Zpravodaj ÚPT 1(2), 1-10 (1984), J. Komrska: „Historie ÚPT ČSAV“, Zpravodaj ÚPT (1984) 1(3), 9-18 (1984). [2] J. Komrska: „Historie ÚPT ČSAV“, Zpravodaj ÚPT 2(4), 3-17 (1985).
[7] I. Frič, V. Nováček: „Fotoelektrický spektropolarimetr“, Chem. listy 61, 1662 (1967). [8] D. Vavrouch: „Laboratorní pH-metr s vibračním kondenzátorem“, Slaboproudý obzor 18, 455 (1975). [9] D. Vavrouch: „Elektrometrický zesilovač s dynamickým kondenzátorem“, Slaboproudý obzor 23, 467 (1962). [10] D. Vavrouch, V. Boček: „Some optimum parameters of Golay detector of infra-red radiation“, Czech J. Phys. B 13, 459 (1963). [11] (a) F. Petrů, V. Boček, J. Kršek, B. Popela: „Konstrukce a technologie plynového molekulárního generátoru světla He-Ne“, Jemná mechanika a optika 9, 38 (1964). (b) F. Petrů, V. Boček, J. Kršek, B. Popela: „Plynový molekulární generátor světla se směsí hélia a neónu“, Slaboproudý obzor 25, 181 (1964). [12] F. Petrů., B. Popela, J. Kršek, Z. Veselá: „Plynový molekulární generátor světla pro viditelnou a infračervenou oblast“, Jemná mechanika a optika 9, 269 (1964). [13] (a) F. Petrů.: „Plynové lasery“, Pokroky matematiky, fyziky a astronomie 10, 51 (1965). (b) F. Petrů, B. Popela, J. Kršek: „Některé vlastnosti a použití plynových laserů“, Slaboproudý obzor 29, 6 (1968). (c) F Petrů, J. Kršek: „A reflectometer for measurements of reflectivity of dielectric mirrors“, Optica Acta 21, 293 (1974). [14] (a) F. Petrů: „Lasery gazowe“, Postępy fizyki 18, 175 (1967). (b) J. Kršek, B. Popela: „Justáž rezonátorů plynových laserů“, Jemná mechanika a optika 12, 1 a 41 (1967). (c) B. Popela: „Úvod do difrakční teorie optických rezonátorů“, Jemná mechanika a optika 12, 369 (1967). (d) B. Popela: „Frekvence kmitových modů optických rezonátorů“, Jemná mechanika a optika 13, 37 (1968). (e) B. Popela: „Použití řízeného optického rezonátoru pro měření v oboru laserů“, Slaboproudý obzor 29, 189 (1968). [15] F. Petrů, J. Kršek: „Ramanův spektrometr s He-Ne laserem“, Chem. listy 62, 574 (1968).
[3] J. Komrska: „Historie ÚPT ČSAV“, Zpravodaj ÚPT Roč. 2(5), 1-7 (1985). Zpravodaj ÚPT 2(6), 3-14 (1985).
[16] V. Boček, V. Kment: „Interferenční měření homogenity rubínových resonátorů pro laser“, Jemná mechanika a optika 10, 5 (1965).
[4] F. Petrů, B. Popela, J. Kulhánek, Z. Cuchý, M. Boček, F. Viták: „Malý infračervený spektrofotometr“, Chem. listy 57, 964 (1963).
[17] D. Vavrouch, M. Rubeš: „Vnitřní odpory kondenzátorů a výbojek pro kvantové generátory světla“, Slaboproudý obzor 26, 236 (1965).
[5] F. Petrů, B. Popela, V. Boček, J. Kršek: „Infračervený spektrofotometr pro kvantitativní analysu“, Jemná mechanika a optika 11, 131 (1966).
[18] D. Vavrouch: „Kalorimetr pro měření výstupní energie laseru,“ Jemná mechanika a optika 13, 287 (1968).
[6] (a) P. Munk, V. Nováček: „Strömungsdoppelbrechung II.“, Collect. Czech. Chem. Comm. 27, 2202 (1962). (b) V. Nováček, P. Munk: „Strömungsdoppelbrechung III. Visueller Appart zur Messung der Strömungsdoppelbrechung“, Coll. Czech. Chem. Comm. 28, 1645 (1963).
[19] V. Přehnal: „Zdroj pro napájení rubínového laseru“, Slaboproudý obzor 27, 345 (1966). [20] D. Vavrouch: „Die Beleuchtung in mehrfachelliptischen Zylinderspiegeln für Laser-Anordungen“, Experimentelle Technik der Physik 15, 298 (1967).
24
220
‹ Referáty ›
» Dostupnost
širokého spektra laserů od zahraničních výrobců směřuje současné výzkumné aktivity převážně k využití laserů jako nástroje pro určitou metodu, měření či experiment místo k jejich konstrukci.
«
[21] V. Nováček, J. Matoušek: „Generace obřích pulsů na rubínovém laseru metodou rotujícího zrcadla za nižších rychlostí“, Jemná mechanika a optika 12, 141 (1967). [22] (a) F. Petrů, Z. Veselá: „The output power of 633 nm HeNe lasers“, Opto-Electronics 4, 1 (1972). (b) F. Petrů, Z. Veselá: „Experimental values of the output power of 633 nm He-Ne lasers“, Opto-Electronics 4, 21 (1972). [23] F. Petrů, B. Popela, J. Kršek, A. Stejskal: „Universální laserový interferometr“, Jemná mechanika a optika 18, 261 (1973). [24] (a) F. Petrů: Some properties of a single-frequency HeNe laser and a laser interferometer“, Optica Applicata 4, 7 (1974). (b) F. Petrů: „Eigenschaften des in der ČSSR hergestellen Einfrequenz-Laser-Interferometer“, Feigerätetechnik 25, 252 (1976). [25] (a) F. Petrů, B. Popela, Z. Veselá, J. Kršek, M. Jákl: „Nová řada laboratorních He-Ne laserů“, Jemná mechanika a optika 22, 297 (1977). (b) F. Petrů, Z. Veselá: „The output power of TEM He-Ne laser of 633 nm. Optica Applicata 7, 17 (1977). (c) F. Petrů, Z. Veselá: „Výbojové trubice He-Ne laserů“, Jemná mechanika a optika 24, 69 (1979). [26] (a) F Petrů, B. Popela, A. Stejskal, J. Kršek: „Laser interferometer measurement systems for machine tool industry and microelectronics“, Proceedings of Symposium Optika 84, Budapest, April 24-27, 1984. SPIE – the international Society for optical Engineering, Bellingham, Wa, 1984, s. 152-155. (b) J. Kršek: „Application of laser interferometry for the determination of optical path changes of reflecting optical systems“, in: Proceedings of Symposium Optika ´84, Budapest, April 24-27, 1984. SPIE – the international Society for optical Engineering, Bellingham, Wa, 1984, s. 130–133. [27] F. Petrů, B. Popela, A. Stejskal, J. Kršek, Z. Veselá, M. Jákl: Laserový interferenční měřicí systém pro mikroelektroniku. Slaboproudý obzor 46, 166 (1985). [28] P. Zemánek: Polarizační stabilita modů v laserech s vnitřními zrcadly a laserové chlazení atomů v silné stojaté gaussovské vlně. Doktorská disertační práce, Masarykova univerzita, Brno 1994. [29] F. Petrů, Z. Veselá: „Single-frequency HeNe laser with a central maximum of output power“, Opt. Commun. 96, 339 (1993). [30] J. Lazar, O. Číp, P. Jedlička: „Tunable extended-cavity diode laser stabilized on iodine at λ=633nm“, Appl. Opt. 39, 3085 (2000). [31] A. Zarka, A. Abou-Zeid, D. Chagniot, J. Chartier, O. Číp, J. Cliche, C. Edwards, F. Imkenberg, P. Jedlička, B. Kabel, A. Lassila, J. Lazar, M. Merimaa, Y. Millerioux, H. Simonsen, M. Tetu, J. Wallerand: „Instrumentation comparison of eight semiconductor lasers stabilized on 127I2 at λ=633nm“, Metrologia 37, 329 (2000). [32] P. Jedlička, J. Lazar, O. Číp: „Fully digital frequency stabilization of IR fiber-coupled laser“, Rev. Sci. Instrum. 77, 063111 (2006). [33] T. W. Hänsch: „A proposed sub-femtosecond pulse synthesizer using separate phase-locked laser oscillators“, Opt. Commun. 80, 71 (1990). [34] O. Číp, R. Šmíd, J. Lazar: An ultra-stable generator of absolute length based on femtosecond mode-lock laser and optical resonator. In: Proceedings of the 2007 IEEE International Frequency Control Symposium 1-4, 659 (2007). [35] R. Šmíd, O. Číp, M. Čížek, B. Mikel, J. Lazar: „Conversion of stability of femtosecond mode-locked laser to optical cavity length“, IEEE Trans. Ultrasonics Ferroelectrics Control 57, 636 (2010). [36] D. Vavrouch: „Vrtání diamantových průvlaků a hodinkových ložisek laserem“, Jemná mechanika a optika 15, 173 (1970). [37] D. Vavrouch, F. Slaměník, R. Chudoba: „Laserová vrtačka“, Jemná mechanika a optika 20, 329 (1975). [38] D. Vavrouch, J. Vepřek: „Zkušenosti se svařováním vodičů termoelektrických snímačů nízkých teplot laserovým svazkem,“ Čs. čas. fyz. A 26, 168 (1976). [39] (a) D. Vavrouch, F. Slaměník, M. Vraštil, R. Chudoba: „Laserové dopplerovské měření rychlosti“, Slaboproudý obzor
[40] [41]
[42]
[43]
[44]
[45] [46]
[47]
[48]
[49]
[50]
[51] [52]
[53]
[54]
[55]
[56]
[57]
[58]
39, 542 (1978). (b) D. Vavrouch, F. Slaměník: „Laserové měření rychlosti ve válcovnách“, Hutník 29, 453 (1979). (c) D. Vavrouch, F. Slaměník: „Optická metoda zlepšení signálu laserového měřiče rychlosti“, Jemná mechanika a optika 25, 331 (1980). (d) D. Vavrouch: „Potlačení nízkofrekvenční složky signálu laserového měřiče rychlosti“, Jemná mechanika a optika 27, 147 (1982). D. Vavrouch, F. Slaměník: „Laserový měřič rychlosti a délky“, Jemná mechanika a optika 35, 117 (1990). (a) F. Petrů, B. Popela, J. Kršek, A. Stejskal: „Laserový interferenční měřicí systém“, Slaboproudý obzor 39, 463 (1978). (b) J. Kršek: „Optische Systeme für Laser – Interferometer“, Feingerätetechnik 25, 310 (1976). B. Popela: „Einfluss der Messbedingungen bei Messungen mit Laser – Interferometern“, Feingerätetechnik 25, 256 (1976). F. Petrů, B. Popela, J. Kršek, A. Stejskal: „Oddělený laserový interferometr a jeho použití pro kontrolu NC strojů“, Strojírenství 28, 37 (1978). (a) B. Popela: „Geradheitsmessungen mit einem Differenz-Laser-Interferometer“, Feingerätetechnik 30, 63 (1981). (b) F. Petrů, J. Kršek, B. Popela, A. Stejskal: „Laser – Interferenz – Messsystem und seine Anwendung“, Feingerätetechnik 29, 487 (1980). (c) J. Kršek: „Interference measurements of prism optics for laser interferometer“, Optica Applicata 10, 41 (1980). (e) J. Kršek: „Interference measuring methods for testing optical elements and systems“, Optica Applicata 14, 83 (1984). F. Petrů, Z. Veselá: „Principy laserových interferometrů“, Jemná mechanika a optika 25, 259 (1980). O. Číp, F. Petrů: „A scale-linearization method for precise laser interferometry“, Measurement Science and Technology 11, 133 (2000). O. Číp, F. Petrů, Z. Buchta, J. Lazar: „Small displacement measurements with subatomic resolution by beat frequency measurements“, Measurement Science and Technology 18, 2005 (2007). B. Mikel, O. Číp, J. Lazar: „Absolute distance measurements with tunable semiconductor laser“, Physica scripta T 118, 41 (2005). O. Číp, F Petrů, V. Matoušek, J. Lazar: „Measurement of index of refraction of air by means of high-resolution laser interferometry“, Physica scripta T 118, 48 (2005). O. Číp, Z. Buchta, M. Čížek, R. Šmíd, J. Lazar: „Detection and active stabilization of beams position at a high-resolution laser interferometer“, Proc. SPIE 7155, 1 (2008). www.isibrno.cz\omitec J. Ježek, S. Palša, E. Lukášová, S. Kozubek, P. Jákl, M. Šerý, A. Jonáš, M. Liška, P. Zemánek: „Employment of laser induced fusion of living cells for the study of spatial structure of chromatin“, Proc. SPIE 5259, 336 (2003). Z. Moravčík, R. Janisch, J. Ježek, P. Zemánek: „Response of infusorian cells to injury caused by a laser microbeam“, Scripta Medica 76, 149 (2003). M. Šerý, P. Jákl, J. Ježek, M. Liška, P. Zemánek: „Využití více opticky zachycených sond pro měření profilu nepřístupných průhledných povrchů“, Jemná mechanika a optika 48, 170 (2003). M. Šerý, Z. Lošťák, M. Kalman, P. Jákl, P. Zemánek: „Kompaktní optická pinzeta“, Jemná mechanika a optika 51, 316 (2006). T. Čižmár, V. Garcés-Chávez, K. Dholakia, P. Zemánek: „Optical conveyor belt for delivery of submicron objects“, Appl. Phys. Lett. 86, 174101 (2005). T. Čižmár, M. Šiler, M. Šerý, P. Zemánek, V. Garcés-Chávez, K. Dholakia: „Optical sorting and detection of submicrometer objects in a motional standing wave“, Phys. Rev. B 74, 035105 (2006). (a) V. Karásek, T. Čižmár, O. Brzobohatý, P. Zemánek, V. Garcés-Chávez, K. Dholakia: „Long-range one-dimensional longitudinal optical binding“, Phys. Rev. Lett. 101, 143601 (2008). (b) K. Dholakia, P. Zemánek: „Colloquium: Gripped by light: Optical binding“, Rev. Mod. Phys. 82, 1767 (2010).
