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

  • Hibino, K; Olejnicek, J; Yamanoi, K; Ponseca, CS Jr; Shuaib, A; Maruyama, Y; Pisarikova, A; Kohout, M; Cada, M; Kapran, A; Akabe, Y; Sarukura, N; Hubicka, Z; Ono, S; Cadatal-Raduban, M: Impact of electron cyclotron wave resonance plasma on defect reduction in ZnO thin films, Sci Rep 15 (1) 5555 (2025).
    DOI: 10.1038/s41598-025-88921-5.
  • Písaríková, A; Krysová, H; Kapran, A; Písarík, P; Cada, M; Olejnícek, J; Hippler, R; Hubicka, Z: Semiconductor WO<sub>3</sub> thin films deposited by pulsed reactive magnetron sputtering, Mater. Sci. Semicond. Process 186 109034 (2025).
    DOI: 10.1016/j.mssp.2024.109034.
  • Samal, S; Tomástik, J; Václavek, L; Chandra, M; Kopecek, J; Stachiv, I; Sittner, P: Recovery of deformation surface of superelastic and shape memory NiTi alloy, Appl. Surf. Sci. Adv. 25 100684 (2025).
    DOI: 10.1016/j.apsadv.2024.100684.
  • Kmec, J; Sír, M: Modeling 2D gravity-driven flow in unsaturated porous media for different infiltration rates, Hydrol. Earth Syst. Sci. 28 (22) , 4947 - 4970 (2024).
    DOI: 10.5194/hess-28-4947-2024.
  • Nemecek, J; Ctvrtlík, R; Václavek, L; Nemecek, J: Fracture toughness of cement paste constituents assessed by micro-scratching correlated with acoustic emission, Cem. Concr. Res. 185 107623 (2024).
    DOI: 10.1016/j.cemconres.2024.107623.
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

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

Tags: 
aplopt
auger