Historie

Jódové lasery se pro svou relativní jednoduchost a schopnost generovat velké světelné výkony staly objektem zájmu fyziků již v první fázi úvah o využití laserů pro uskutečnění termojaderné fúze. První multi-gigawattové jódové lasery byly postaveny v Německu a v bývalém Sovětském svazu již v polovině sedmdesátých let. [1-6].

300-gigawattový jódový laser byl uveden do provozu v moskevském Fyzikálním ústavu P.N. Lebeděva Akademie věd SSSR v roce 1977, zatím co 60 gigawattový jódový fotodisociační laser ASTERIX III byl spuštěn v Ústavu fyziky plazmatu Maxe Plancka v Garchingu u Mnichova již v roce 1975 [7]. Jeho mnohem výkonnější terawattový následník, laser ASTERIX IV [8], byl v Garchingu postaven již v nově založeném Ústavu kvantové optiky Maxe Plancka (MPQ, zal. 1981), v nové budově dokončené v roce 1986. Laser ASTERIX IV dosáhl plného výkonu v roce 1991 a od té doby byl využíván jako spolehlivý fyzikální nástroj pro vytváření horkého laserového plazmatu. Brzy se ukázalo, že i když výkon laseru zdaleka nestačí pro zapálení termojaderné reakce, možnosti jeho praktického využití naopak daleko překračují původní rámec termojaderných aplikací [9].

Building Asterix IV, Garching 1986
Perun I, power amplifier

Historie jódových laserů v bývalém Československu začíná v první polovině 80. let minulého století, kdy Fyzikální ústav ČSAV, z iniciativy tehdejšího ředitele ústavu B. Kvasila a nositele Nobelovy ceny N. G. Basova, získal darem výkonový jódový laserový systém vyvinutý v Lebeděvově ústavu v Moskvě. Systém byl po důkladné přestavbě, při které došlo i k zásadní změně jeho koncepce, uveden do provozu pod názvem PERUN v roce 1985.

Rekonstrukce laserového systému spočívala zejména ve změně způsobu excitace laserového média v laserových zesilovačích, tzv. (optického) čerpání. Původní velmi nepraktické čerpání pomocí explodujího drátku bylo nahrazeno čerpáním ultrafialovými xenonovými výbojkami. Laser PERUN I s novým čerpáním postavila ve Fyzikálním ústavu AVČR skupina pracovníků tehdejšího Oddělení výbojů v plynech pod vedením Karla Rohleny a Leoše Lásky [10]. Výkonnější verze téhož laseru, laserový systém PERUN II, byla úspěšně spuštěna již v nové laserové laboratoři Oddělení plynových laserů FZÚ AV ČR v roce 1992 [11]. Podrobněji si o historii Oddělení plynových laserů můžete přečíst na jeho internetové stránce.

PERUN II

Lasery ASTERIX a PERUN v devadesátých letech minulého století

Až do dubna 1997 byl laserový systém ASTERIX IV v MPQ široce využíván evropskou laserovou komunitou. Laser byl oceňován zejména pro vynikající kvalitu laserového svazku a stabilitu výstupní energie po mnoho výstřelů. Na laseru se vystřídalo mnoho uživatelů, a to nejen z řad fyziků. Z mnoha experimentů prováděných v Garchingu v letech 1991-1997 je možno zmínit např. studium průzračnosti horkého plazmatu pro měkké rentgenové záření nebo studium šíření laserovým svazkem vybuzených rázových vln v pevných látkách, zejména však demonstraci laserové akce v oblasti krátkých vlnových délek (21-38 nm), v plazmatu vytvářeném laserem na povrchu terčíku zhotoveného z celé řady čistých prvků (Ge, Zn, Cu, Ni, Co, Fe, Mo Cr, V, Ti, Si a Cl) [12].

Rovněž laser PERUN v Praze slavil až do roku 1997 řadu úspěchů, zejména při výzkumu laserových zdrojů mnohonásobně nabitých iontů. Garchingská i pražská skupina udržovaly čilé vědecké styky nejen mezi sebou, ale i s celou řadou společných zahraničních partnerů (IPPLM Varšava, ITEP Moskva, PS Division CERN, LSAI Orsay, [13-15]). Pro některé experimenty, např. pro realizaci rentgenového laseru, byla však výstupní energie pražského laserového systému PERUN příliš malá. Nicméně až do roku 1997 málokdo tušil, že v tomto ohledu brzy dojde k podstatné změně.

Již v roce 1993, kdy se průkopník německého laserového výzkumu, Siegbert Witkowski, odebral na zasloužený odpočinek, započaly v MPQ úvahy o případné reorientaci výzkumného programu. Tento vývoj nabral po roce 1996 dramatický spád. Výzkum laserového plazmatu byl v MPQ v roce 1997 zastaven a laser ASTERIX IV byl nabídnut k využití jiným evropským výzkumným institucím, mezi nimi i Fyzikálnímu ústavu AV ČR. Praha nakonec v soutěži o laser zvítězila. 30. června 1997 byla podepsána mezinárodní smlouva o jeho převzetí Akademií věd České republiky.

K náročné operaci transferu laseru spojily své síly dva akademické ústavy: Fyzikální ústav a Ústav fyziky plazmatu. V listopadu 1998 založily novou společnou laserovou laboratoř – Badatelské centrum PALS. Centrum dostalo do vínku zbrusu novou laserovou halu, splňující všechny náročné požadavky provozu takového obřího laserového systému. Během pouhých dvou let byl laser nevelkou skupinou pracovníků obou akademických ústavů v Garchingu rozebrán, převezen do Prahy a v nové hale opět uveden do provozu. Teď již pod novým názvem – Prague Asterix Laser System – který dal jméno i celé laboratoři. Počátkem roku 2000 dosáhl znovuzrozený laserový systém plných výstupních parametrů a od září roku 2000 již opět slouží svým původním i novým uživatelům. .

  1. Witkowski, S.: Laser und thermonukleare Fusion, Naturwissenschaften, Vol.57, 211-216, 1970
  2. Hohla K., Brederlow G., Fuss W., Kompa K.L., Raeder J., Volk R., Witkowski S., Witte K.-J.: 60-J 1-nsec Iodine Laser, J. Appl. Phys., Vol.46, 808-809, 1975
  3. Basov N.G., Zuev V.S., Katulin V.A., et al.: Laser und ihre Anwendungen, Dresden, 1957, p/52
  4. Borovich B.L., Zuev V.S., Katulin V.A., Mikheev L.D., Nikolaev F.A., Nosach O.Yu., Rozanov V.B.: Silnotochnye izluchaiushchie razriady i gazovye lasery s opticheskoi nakachkoi, Itogi nauki i techniki, Vol. 15, VINITI Moscow, 1978
  5. Belocerkvovets A.B., Gaidash V.A., Kirillov G.A. et. al, Pisma ZhETF 5, 204 (1979)
  6. Brederlow G., Fill E., Witte K.J.: The High-power Iodine Laser, Springer-Verlag, Berlin, 1983
  7. Brederlow G., Witte K.-J., Fill E., Hohla K., Volk R.:The ASTERIX III Pulsed High-Power Iodine Laser, IEEE J. Quantum Electron., Vol.12,152-155, 1976
  8. Baumhacker H, Brederlow G., Chen Ch., Fill E., Krause H., Volk R., Witte K.J.: The Asterix IV Iodine Laser, Kohler, H. (Ed. ), Laser: Technologie und Anwendungen. Jahrbuch, Essen: Vulkan 1988, 1. Ausgabe, p.46-48
  9. Baumhacker, H., Brederlow, G., Fill, E., Schillinger, H., Schroedter, C., Volk, R., Witkowski, S., Witte, K.J. Status Report of the ASTERIX IV High Power Iodine Laser, 3. International Workshop on Iodine Lasers and Applications, Bechyne Castle (CZ), 28.09.92 – 02.10.92, SPIE Vol. 1980 Iodine Lasers and Applications (1992)
  10. Chvojka M., Hermoch V., Kralikova B., Krasa J., Laska L., Masek K., Musil J., Polak S., Rohlena K., Schmiedberger J., Sulek J.: 100GW Pulsed Iodine Photodissocation Laser System PERUN I, Czech Jour. Phys. B48, 1337-1356, 1988
  11. Chvojka M., Kralikova B., Krasa J., Krousky E., Laska L., Masek K., Renner O., Rohlena K., Skala J., Stirand O.: Iodine Photodissocation Laser System PERUN II, Czech Jour. Phys. 42, 899-905, 1992
  12. Baumhacker H., Brederlow G., Fill E., Volk R., Witkowski S., Witte K.J.: Layout and Performance of the Asterix IV Iodine Laser at MPQ, Garching, Appl. Phys. B, Vol. 61, 325-332,1995
  13. Laska L., Krasa J., Masek K., Pfeifer M., Trenda P., Kralokova B., Skala J., Rohlena K., Woryna E., Farny J., Parys P., Wolowski J., Mraz W., Shumshurov A., Sharkov B., Collier J., Langbein ., Haseroth H.“ Multiply charged ion generation from NIR and visible laser-produced plasma, Rev. Sci. Instr. 67 (1996) 950-952
  14. Rus B., Zeitoun P., Mocek T., Sebban S., Kalal M., Demir A., Jamelot G., Klisnick A., Kralikova B., Skala J., Tallents G.J.: Investigation of Zn and Cu prepulse plasmas relevant to collisional excitation x-ray lasers, Phys. Rev. A56, 4229-4241 (1997)
  15. Bryunetkin V.A., Faenov A.Ya., Khakhalin S.Ya., Kralikova; B., Laska L., Masek K., Skala J., Rohlena K., Sharkov B.Yu., Kuttenberger A., Haseroth H., Sherwood T.R.: High resolution x-ray spectroscopy of plasma heated by high power laser radiation. Kvantovaya Elektronika 22 (1995) 205-208.