Laserové a optické technologie

Skupina se dlouhodobě zabývá pokročilými přístupy a aplikacemi zaměřenými na různé oblasti aplikované optiky. Hlavní zaměření je na návrhy, analýzy, design a výrobu nestandardních optických prvků a systémů (jak zobrazovacích tak nezobrazovacích), např. optických systémů fluorescenčních detektorů určených pro výzkum kosmického záření. K tomu účelu jsou vyvíjeny a využívány optické technologie (inovace klasických technologií pro opracování tvrdých a velmi tvrdých materiálů, zvláště skel) - hrubé a jemné broušení, leštění, nové přístupy opracování povrchu skel založené na subaperturních metodách. V souvislosti s tím jsou rozvíjeny také metody syntézy a analýzy tenkých vrstev a povrchů. 
 
Schopnosti vyrábět ultralehká zrcadla velkých rozměrů skupina využila např. na Observatoři Pierra Augera (PAO) umístěné v Argentině (viz např. Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res. Sec. A 2010, 620, 227). Úspěch PAO vyústil v angažmá skupiny v mezinárodní kolaboraci CTA – Cherenkov Telescope Array – kde skupina vyvíjí měřicí systémy a metody hodnocení kvality výroby a opotřebení vzorků zrcadel poskytnutých potenciálními dodavateli optických teleskopů jako detektorů kosmického záření (Astropart. Phys. 2013, 43, 3). Jelikož oba zmíněné projekty spoléhají na pozorování sekundárních jevů v atmosféře, jsou fluorescenční vlastnosti atmosféry rovněž v centru pozornosti skupiny (Astropart. Phys. 2013, 42, 90). Potřeba dlouhodobého sledování úrovně oblačnosti a optického pozadí noční oblohy vyústila v návrh a konstrukci specializované autonomní celooblohové kamery. Kamery byla instalovány na kandidátských lokacích observatoří CTA (po čtyřech v USA a Argentině, po jedné v Chile, Namibii, na Kanárských ostrovech a v Mexiku) a jsou také součástí řídícího systému Observatoře Pierra Augera v Argentině.
Skupina se také podílí na dalších úkolech s aplikacemi v průmyslu (např. zařízení sledující v reálném čase barevné značení na pružinách v rámci výrobní linky firmy v automobilovém průmyslu nebo výzkum a optimalizace optického systému pro sledování kvality příze během její produkce). Angažmá skupiny v kolaboracích PAO a CTA vyústila ve spoluautorství několika desítek publikací v časopisech registrovaných na Web of Science. V těchto kolaboracích tým úzce spolupracuje se skupinou astročásticové fyziky Fyzikálního ústavu AV ČR. 

V oblasti vlastností materiálů se skupina zaměřuje zejména na analýzu mechanických a tribologických vlastností na malých škálách v využitím moderního vybavení a metod. Ve většině případů je práce inspirována jak vědeckou zvědavostí tak technologickými cíli. Jsou testovány různé druhy materiálů včetně tenkých vrstev a povrchů (keramiky, kovy, nanokompozity) (Surf. Coat. Technol. 2011, 205, 3372, Surf. Coat. Technol. 2011, 205, 4052, Surf. Coat. Technol. 2012, 206, 3580), povrchu připravené depozicí z plazmatu (Ceramics Int. 2010, 36, 2155), monokrystaly (Appl. Phys. Lett. 2014, 105, 082906) a jiné objemové materiály. Provádějí se nanoindentace s detekcí hloubky a scratch testy při pokojové teplotě nebo při teplotách zvýšených až na 500 °C. Za zmínku stojí, ža naše skupina je jediná v ČR a jedna z mála ve světě, která disponuje zkušenostmi s vysokoteplotními měřeními nanomechanických vlastností na mikro/nano škále. V případě tenkých vrstev a povrchů jsou mechanické charakteristiky korelovány s parametry depozičního procesu a poskytují tak úplný popis studovaných materiálů. Kromě toho lze studovat teplotní stabilitu tenkých vrstev a jejich mechanických vlastností. Zejména byl systematicky studován potenciál tvrdých vrstev SiCN (Surf. Coat. Technol. 2014, 240, 76) a super-tvrdých vrstev B4C. Výzkum zabývající se tenkými vrstvami a povrchy byl realizován ve spolupráci v Ústavem pro problémy materiálových věd při Ukrajinské akademii věd. Ve spolupráci s Polytechnickým institutem a státní univerzitou ve Virginii (USA) byla vyvinuta modifikované neizotermální nanoindentační metoda, která umožnila přímou detekci negativní tuhosti feroelektrických materiálů při Curieově teplotě a kvantifikaci negativní tuhosti bez nutnosti zásahu do struktury materiálu. Proveditelnost této in-situ metody byla demonstrována na monokrystalu triglycinsulfátu.

V oblasti laserových technologií se skupina zabývá zejména svařováním nerezových plechů pomocí Nd:YAG laseru s měnitelnými parametry, jejichž vliv je zkoumán na řezech vzorků pomocí laserové skenovací mikroskopie. Bly vyvinut numerický model pulsního svařování v software SYSWELD s cílem odhadnout množství absorbované energie (Metallurg. Mater. Trans. B 2010, 41, 1108; Metallurg. Mater. Trans. B 2014, 45, 1116). Možnost on-line monitorování svařovacího procesu byla zkoumána jak na našem systému Nd:YAG tak i na průmyslovém kontinuálním CO2 laseru u partnera LAMBRO 92 a.s. Byl vyvinut software LWM (Laser welding monitor) využívající data z UV spektrometru (J. Mater Eng. Perf. 2012, 21, 764). Numerický model umožňuje optimalizovat parametry tavení povrchu a byl testován na reálných vzorcích u partnera MATEX PM, Plzeň, přičemž modifikace povrchu byla vyhodnocena pomocí kontaktní profilometrie. Vedle těchto hlavním témat se skupina zabývá kapalinou-asistovaným popisováním křemíku laserem, nepřímým značením skel a interakcí laseru s nanočásticemi. Rovněž byl prováděn výzkum šíření a tvarování laserových svazků s extrémní energií (ve spolupráci s projektem ELI a průmyslovými partnery).

Nejnovější publikace skupiny

  • Tarasenko, A: The general theory of diffusion in a mixture of molecules coadsorbed on a homogeneous two-dimensional lattice, Chem. Eng. Sci. 206 , 261 - 271 (2019).
  • Taylor, A; Klimsa, L; Kopecek, J; Remes, Z; Vronka, M; Ctvrtlik, R; Tomastik, J; Mortet, V: Synthesis and properties of diamond - silicon carbide composite layers, J. Alloy. Compd. 800 , 327 - 333 (2019).
  • Kmec, J; Furst, T; Vodak, R; Sir, M: A semi-continuum model of saturation overshoot in one dimensional unsaturated porous media flow, Sci Rep 9 8390 (2019).
  • Azamat, DV; Badalyan, AG; Baranov, PG; Trepakov, VA; Hrabovsky, M; Jastrabik, L; Dejneka, A: EPR and ENDOR in manganese doped SrTiO3: Electric quadrupole interaction and local disorder, J. Appl. Phys. 124 (12) 124101 (2018).
  • Simurka, L; Ctvrtlik, R; Tomastik, J; Bektas, G; Svoboda, J; Bange, K: Mechanical and optical properties of SiO2 thin films deposited on glass, Chem. Pap. 72 (9) , 2143 - 2151 (2018).

Nejnovější publikace kolaborace Pierre Auger Observatory (s přispěním zaměstnanců SLO)

  • Aab, A et al. (Chytka, L.; Horvath, P.; Hrabovsky, M.; Michal, S.; Nozka, L.; Supik, J.): Measurement of the average shape of longitudinal profiles of cosmic-ray air showers at the Pierre Auger Observatory, J. Cosmol. Astropart. Phys. (3) 18 (2019).
  • Aab, A et al. (Chytka, L.; Horvath, P.; Hrabovsky, M.; Michal, S.; Nozka, L.; Supik, J.): Large-scale Cosmic-Ray Anisotropies above 4 EeV Measured by the Pierre Auger Observatory, Astrophys. J. 868 (1) 4 (2018).
  • Aab, A et al. (Chytka, L.; Horvath, P.; Hrabovsky, M.; Michal, S.; Nozka, L.; Supik, J.): Observation of inclined EeV air showers with the radio detector of the Pierre Auger Observatory, J. Cosmol. Astropart. Phys. (10) 26 (2018).
  • Aab, A et al. (Horvath, P.; Hrabovsky, M.; Nozka, H.): Combined fit of spectrum and composition data as measured by the Pierre Auger Observatory (vol 4, 038, 2017), J. Cosmol. Astropart. Phys. (3) E02 (2018).
  • Aab, A et al. (Horvath, P.; Hrabovsky, M.; Michal, S.; Nozka, L.; Supik, J.): An Indication of Anisotropy in Arrival Directions of Ultra-high-energy Cosmic Rays through Comparison to the Flux Pattern of Extragalactic Gamma-Ray Sources, Astrophys. J. Lett. 853 (2) L29 (2018).