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 (EPJ Web Conf. 2016, 144, 01005). 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. Prototypy teleskopů vyvinuté pro observatoř CTA jsou v současnosti umístěny v areálu Astronomického ústavu AV ČR v Ondřejově a slouží k testování pokročilých technologií detekce vysokoenergetických fotonů gama a pro stelární interferometrii.

Skupina se také v rámci kolaborace FAST, jejímž je zakládajícím členem, významně podílela na vývoji nové generace levných detektorů kosmického záření (J. Instrum. 2020, 15, T10009). V současnosti je v provozu pět prototypů (tři na severní polokouli, Telescope Array, Utah, USA, a dva na jižní, v areálu Observatoře Pierra Augera, Malargüe, Argentina) a jsou tak jediným zařízení pro detekci kosmického záření o ultravysokých energiích na obou polokoulích.

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 (J. Opt. Soc. Am. A 2020, 37, 1583) nebo výzkum a optimalizace optického systému pro sledování kvality příze během její produkce). Angažmá skupiny v kolaboracích PAO a CTA vyústila ve spoluautorství více než 100 publikací v časopisech registrovaných na Web of Science (např. Science 2017, 357, 1266). 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 s 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. 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, že 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 (Sci. Rep. 2018, 8, 10428), super-tvrdých vrstev B4C (Diam. Relat. Mat. 2009, 18, 27), nebo nanokrystalického diamantu pro aplikace v jaderné energetice (Sci. Rep. 2017, 7, 6469). 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 modifikovaná neizotermální nanoindentační metoda, která umožnila přímou detekci negativní tuhosti feroelektrických materiálů při Curieově teplotě a kvantifikaci negativní tuhosti bez nutnosti zásahu do struktury materiálu (Appl. Phys. Lett. 2014, 105, 82905). Další specialitou skupiny je kombinace nanomechanických testů s analýzou akustické emise, která umožňuje detailní pohled na procesy strukturních změn v nitru materiálů a vrstev (JOM 2019, 71, 3358; Mater. Sci. Eng. A 2020, 780, 139159). Skupina také připravuje nanostrukturované tenké vrstvy pomocí depozice z nízkoteplotní plazmatu, např. pro aplikace v oblasti povrchově zesíleného Ramanova rozptylu (Appl. Surf. Sci. 2023, 618, 156703). V této oblasti také patentovala řadu technologických postupů a zařízení.

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. Byl 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 vlastním systému Nd:YAG tak i na průmyslovém kontinuálním CO2 laseru u průmyslového partnera (J. Mater. Process. Technol. 2012, 12, 910). 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 průmyslového partnera, přičemž modifikace povrchu byla vyhodnocena pomocí kontaktní profilometrie. Vedle těchto hlavních 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 Beamlines a průmyslovými partnery).

Nejnovější publikace skupiny

  • Kapran, A; Hippler, R; Wulff, H; Olejnicek, J; Volfova, L; Pisarikova, A; Nepomniashchaia, N; Cada, M; Hubicka, Z: Crystalline Structure and Optical Properties of Cobalt Nickel Oxide Thin Films Deposited with a Pulsed Hollow-Cathode Discharge in an Ar+O<sub>2</sub> Gas Mixture, Coatings 14 (3) 319 (2024).
    DOI: 10.3390/coatings14030319.
  • Krepelka, J; Schovánek, P; Tucek, P; Hrabovsky, M; Jáne, F: Optimization of Component Assembly in Automotive Industry, Meas. Sci. Rev. 24 (1) , 36 - 41 (2024).
    DOI: 10.2478/msr-2024-0005.
  • Horváth, P; Smíd, P; Nozková, V; Pechník, J: Non-invasive optical technique based on speckle phenomenon for application in plant stress physiology, Opt. Lasers Eng. 172 107870 (2024).
    DOI: 10.1016/j.optlaseng.2023.107870.
  • Pisariková, A; Olejnícek, J; Venkrbcová, I; Nozka, L; Cichon, S; Azinfar, A; Hippler, R; Helm, CA; Maslán, M; Machala, L; Hubicka, Z: CuFeO<sub>2</sub> prepared by electron cyclotron wave resonance-assisted reactive HiPIMS with two magnetrons and radio frequency magnetron sputtering, J. Vac. Sci. Technol. A 41 (6) 63005 (2023).
    DOI: 10.1116/6.0002902.
  • Barman, T; Nozka, L; Prochazka, V; Michalowska, A; Turczyniak-Surdacka, S; Ctvrtlik, R; Krajczewski, J: Morphology tuned plasmonic TiN nanostructures formed by angle-dependent sputtering process for SERS measurements, J. Mater. Sci. (2023).
    DOI: 10.1007/s10853-023-08921-6.
more

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.; Vaclavek, L.; Vacula, M.; Hamal, P.; Mandat, D.; Palatka, M.; Pech, M.; Schovanek, P.): The FRAM robotic telescope for atmospheric monitoring at the Pierre Auger Observatory, J. Instrum. 16 (6) P06027 (2021).
    DOI: 10.1088/1748-0221/16/06/P06027.
  • Aab, A et al. (Chytka, L.; Horvath, P.; Hrabovsky, M.; Michal, S.; Nozka, L.; Supik, J.; Vaclavek, L.; Vacula, M.; Hamal, P.; Mandat, D.; Palatka, M.; Pech, M.; Schovanek, P.): Extraction of the muon signals recorded with the surface detector of the Pierre Auger Observatory using recurrent neural networks, J. Instrum. 16 (7) P07016 (2021).
    DOI: 10.1088/1748-0221/16/07/P07016.
  • Aab, A et al. (Chytka, L.; Horvath, P.; Hrabovsky, M.; Michal, S.; Nozka, L.; Supik, J.; Vaclavek, L.; Vacula, M.; Hamal, P.; Mandat, D.; Palatka, M.; Pech, M.; Schovanek, P.): Deep-learning based reconstruction of the shower maximum X(max)( )using the water-Cherenkov detectors of the Pierre Auger Observatory, J. Instrum. 16 (7) P07019 (2021).
    DOI: 10.1088/1748-0221/16/07/P07019.
  • Aab, A et al. (Chytka, L.; Horvath, P.; Hrabovsky, M.; Michal, S.; Nozka, L.; Supik, J.; Vaclavek, L.; Vacula, M.; Hamal, P.; Mandat, D.; Palatka, M.; Pech, M.; Schovanek, P.): Design and implementation of the AMIGA embedded system or data acquisition, J. Instrum. 16 (7) T07008 (2021).
    DOI: 10.1088/1748-0221/16/07/T07008.
  • Aab, A et al. (Chytka, L.; Horvath, P.; Hrabovsky, M.; Michal, S.; Nozka, L.; Supik, J.; Vaclavek, L.; Vacula, M.; Mandat, D.; Palatka, M.; Pech, M.; Schovanek, P.): Measurement of the Fluctuations in the Number of Muons in Extensive Air Showers with the Pierre Auger Observatory, Phys. Rev. Lett. 126 (15) 152002 (2021).
    DOI: 10.1103/PhysRevLett.126.152002.
more

Skupina optických a laserových technologií

Jméno Zařazení Místnost Telefon (++420 58 563 ...) ORCIDseřadit sestupně Researcher ID
Mgr. Petr Bořil Ph.D. student 238 1677
Mgr. Zuzana Svozilíková Ph.D. student 238 1677
Ing. Petr Buchníček technik 229 1513, 1690
Mgr. Vlastimil Jílek Ph.D. student 238 1677 0000-0001-5774-7285
Mgr. Stanislav Michal Ph.D. vědecký pracovník 135 1766 0000-0001-6563-1573
Mgr. Martin Čada Ph.D. vědecký pracovník 309 1557 0000-0001-6826-983X C-9453-2009
RNDr. Hana Chmelíčková vědecký pracovník 227 1516, 1532 0000-0001-7539-8090 G-5849-2014
Mgr. Dušan Mandát Ph.D. vědecký pracovník 220 1686 0000-0001-7748-7468 G-5580-2014
Ing. Martin Kittler technik 135 1506 0000-0001-8514-8001 H-3116-2014
Ing. Aneta Písaříková Ph.D. student - - 0000-0002-0636-4134
Vladimír Urbášek technik 411 1526 0000-0002-0686-3021
Mgr. Lukáš Václavek Ph.D. student 303 1530 0000-0002-0910-3415
RNDr. Petr Trávníček Ph.D. vědecký pracovník 309 1557 0000-0002-1655-9584
Mgr. Martina Havelková technik 217 1578 0000-0002-1790-5223 G-6221-2014
Mgr. Zdeněk Hubička Ph.D. vědecký pracovník 309 1557 0000-0002-4051-057X H-1563-2014
RNDr. Petr Schovánek vědecký pracovník / zástupce vedoucího SLO / vedoucí skupiny 225 1503 0000-0002-5344-7645 G-7117-2014
Mgr. Jan Tomáštík Ph.D. vědecký pracovník 219 1573, 1514 0000-0002-6784-7949 G-5857-2014
Mgr. Miroslav Pech Ph.D. vědecký pracovník 220 1686, 1690 0000-0002-8421-0456 G-5760-2014
Mgr. Libor Nožka Ph.D. vědecký pracovník 216 1533, 1695 0000-0002-8774-7099 G-5550-2014
Ing. Petr Písařík Ph.D. student - - 0000-0003-0098-9413 G-5622-2014
Mgr. Jakub Kmec vědecký pracovník 303 1530 0000-0003-0956-1114
RNDr. Miroslav Palatka vědecký pracovník 227 1516 0000-0003-2061-6059 G-5796-2014
Eva Paličková administrativa 225 1504, 1508, 1556, 1537 0000-0003-2229-2422
Mgr. Martin Vacula Ph.D. student 303 1530 0000-0003-4844-3962

Tags: 
aplopt
auger