Česká republika jako laserová mocnost

Technik / výzkum
22. 10. 2013 - 0:29

Od roku 1917, kdy Albert Einstein poprvé popsal princip laseru, uplynulo již téměř jedno století. Za tuto dobu prodělal laser překotný vývoj kupředu stejně jako další technologie. Naše země byla vždy v laserovém výzkumu na předních pozicích. Díky projektům HiLASE a ELI Beamlines, které patří pod Fyzikální ústav Akademie věd, se Česká republika může již brzy stát skutečnou laserovou mocností.

O nově vznikajícím laserovém centru v Dolních Břežanech a laserech jsem vedl rozhovor s Ing. Romanem Švábkem, technologickým skautem pro projekt HiLASE.

Jaké byly přelomové události vývoje laserů až do dnešních dnů? O jaký průlom se pak budete snažit Vy?

Největší přelomovou událostí je bezesporu to, že se laser doslova posunul z laboratoře do světa běžného člověka. Dnes má již nezastupitelné místo a setkáváme se s ním všude, bereme ho jako naprostou samozřejmost, součást našeho života jako se jí staly CD nosiče, čárové kódy atd. Co se průmyslu týče, pak je to řezání, svařování, gravírování a další možná využití. Našim primárním cílem je pak posun ve středním výstupním výkonu na úroveň 1 kW, tj. dosažení vysokých energií v pulsu současně s vysokou opakovací frekvencí (např. 1 J / 1 kHz nebo 100 J / 10 Hz). Jedná se o lasery, které v současné době nejsou komerčně dostupné.

V laserovém centru budou lasery s vysokou opakovací frekvencí založené na diodovém čerpání. Můžete upřesnit technické parametry a o laserech HiLASE říci něco bližšího?

Srdcem každého pevnolátkového laseru je aktivní prostředí: krystal nebo keramika. V rámci HiLASE vyvíjíme dva typy laserů. Prvním je pikosekundový tenkodiskový laser, jehož aktivní prostředí má tvar velmi tenkého disku. Druhý laser je nanosekundový multi-slabový laser, kde jsou oním srdcem desky, které jsou naskládané za sebou a jsou chlazené na kryogenní teploty. Pevnolátkové lasery, které jsou nyní komerčně používané, většinou disponují aktivním prostředím ve tvaru tyče, což má řadu nevýhod.  Aktivní prostředí je vždy třeba nějakým způsobem budit a u nás k tomu budou sloužit polovodičové diody. Konvenčně se dříve používaly především výbojky. Diody jsou však velmi výrazně účinnější a v podstatě bezúdržbové. Laser může ve své podstatě fungovat ve dvou režimech: kontinuálním nebo pulzním. My vyvíjíme, jak jsem již zmínil, dva pulzní laserové systémy, a to pikosekundový a nanosekundový. Opakovací frekvence, která udává počet pulzů, které je laser schopen emitovat za jednu sekundu, se pak u laserů HiLASE pohybuje v řádech kHz.

Je možné nalézt na světě centrum s takto výkonnými lasery?

Nikoli, s ohledem na finální parametry budeme skutečně světovým unikátem. Fyzikální ústav AV ČR v současnosti pracuje na dvou laserových projektech. V ELI Beamlines, jehož cílem je vybudování nejmodernějšího laserového zařízení na světě, budou realizovány výzkumné a aplikační projekty zahrnující interakci světla s hmotou na intenzitě, která je asi 10 krát větší než současně dosažitelné hodnoty. Oproti tomu HiLASE se bude věnovat zejména výzkumu aplikovanému.

Existuje  u nás tradice ve výzkumu laserových systémů?

Ano, je zde dlouhodobá tradice, a to zejména na Fakultě jaderné a fyzikální inženýrské na ČVUT v Praze a samozřejmě i na Fyzikálním ústavu. Tato tradice trvá již dlouhá desetiletí a my z ní velmi dobře čerpáme.

Jak je samotný projekt HiLASE strukturován?

Máme tři výzkumné programy. První dva se zabývají vývojem oněch již zmíněných dvou laserových systémů. Třetí se věnuje aplikacím těchto systémů. Zde pracuji já. Každý program má svého vedoucího: Výzkumný program 1 řídí japonský vědec Prof. Akira Endo. Druhý program vede Dr. Antonio Lucianetti původem z Itálie a třetí program je pod vedením Dr. Danijely Rostohar, která pochází ze Srbska. Všichni mají velmi bohaté zkušenosti z celého světa a jsou to kosmopolitní vědci. Máme tedy správné lidi na svých místech.

Jistě jste na začátku provedli průzkum trhu, který směr aplikací laserů je nejvíce strategický. Předpokládám, že je to zejména strojírenství - řezání, svařování, gravírování atd. Nedávno jsem byl ve Škodovce v Mladé Boleslavi a tam se mimo jiné zmínili o využívání laserů v případě spojování jednotlivých částí, je to prý účinná obrana před korozí. Budete tedy cílit především na strojírenství, nebo se budete také věnovat například zdravotnictví?

Využití laserových technologií je obrovské. V případě zdravotnictví jsou zde velké výzvy. Bude se jednat například o možnost získání vysoce kontrastních snímků molekul nebo třeba buněk. Stejně tak zde nalezneme uplatnění při vývoji nanomateriálů. Jinak je to otázka dlouhodobé strategie. Na začátku cílíme na tuzemské společnosti, které se dlouhodobě snaží o vedoucí pozice ve svém segmentu. Projekt HiLASE jsme i osobně prezentovali na MSV v Brně. Zde jsme se sešli s několika desítkami společností a hovořili jsme s nimi o reálném využití našich laserových technologií. Strojírenství a high-tech průmysl jsou pak samozřejmě předmětem našeho zájmu.

Jak moc jsou společnosti ochotné s Vámi spolupracovat. Uvědomují si dostatečně Váš potenciál?

Upřímně jsme byli velice pozitivně překvapeni. Zhruba 45% firem z těch, které jsme kontaktovali, projevilo vážný zájem. Ohledně konkrétní formy spolupráce pak již probíhají jednání.

Jak je projekt HiLASE financován?

85% zdrojů plyne z evropských fondů a 15% ze státního rozpočtu.  Financování máme zajištěno do srpna r. 2015, pak přijde fáze, kdy budeme muset ukázat, že jsme již v určité míře soběstační. To ale neznamená, že musíme být schopni provoz centra financovat jen z vlastních zdrojů. Spoléháme mimo jiné na různé navazující programy a úspěšnost v grantových soutěžích.

Jedním ze zdrojů v budoucnosti jistě budou i licence a patenty. Čeští vědci se však mnohdy potýkají s neúplnou znalostí patentové problematiky. Snažíte se o osvětu?

Jistě. Právě z toho důvodu byl zřízen speciální servisní orgán Centrum pro inovace a transfer technologií (CITT), který je společný pro projekty ELI Beamlines a HiLASE. CITT má na starosti všechny komercializační aktivity včetně patentů a licencí. Já sám v CITT také působím. Budeme mít i vlastní patentovou kancelář. Stejně tak máme v plánu výukové semináře.

Jistě Vám neuniklo prohlášení pana Jiřího Rusnoka, co se týče neefektivního využívání financí v české vědě. Okamžitě to vyvolalo pobouření. Já se ptám, zdali pan Rusnok neměl také v mnohém pravdu, že financí není až tak málo, tedy cca 26 miliard, ale jsou jimi financovány projekty průměrné i zcela podprůměrné. Jaký je Váš osobní názor?

To záleží na úhlu pohledu. Přirozeně vždy bude docházet k tomu, že se financují i projekty, které nejsou ekonomicky příliš efektivní, ale v oblasti základního výzkumu je to v podstatě nerozeznatelné. Nikdy totiž nevíme, jestli jdeme po správné cestě nebo zda to bude jen slepá ulička. Každopádně vždy je to cesta trnitá a objevování slepých uliček zase usnadňuje práci těm úspěšnějším... Nesmíme zapomínat, že výzkum, vývoj a inovace jsou budoucím generátorem peněz a zisků. Je to ta nejlepší cesta, jak se dostat z krize. Pokud chcete jít nahoru a chcete vybudovat stabilní znalostní ekonomiku, je třeba investovat do výzkumu. Příkladů ve světě je dost.

Máte dostatek absolventů? Poohlížíte se i po cizincích?

Teď už to jde dobře. Letos v červnu jsme byli na návštěvě v Inovacentru na ČVUT v Praze, kde jsme pořádali seminář, aby se studenti mohli blíže seznámit s projektem HiLASE. Díky tomu jsme zaměstnali čtyři studenty ČVUT. Mohou s námi také řešit a konzultovat své bakalářské a diplomové práce. Působí u nás také spousta studentů doktorského programu, kteří studují hlavně na FJFI na ČVUT. Propojení mezi Fyzikálním ústavem a ČVUT je historicky velice dobré.  Jinak máme v HiLASE více než 50 % výzkumných pracovníků ze zahraničí. V tuto chvíli zaměstnáváme kolem 50 lidí. Jsou tu cizinci z celého světa, například z Japonska, Itálie, Polska, Indie a externě s námi spolupracují kolegové z Německa. S odborníky, které potřebujeme, se často setkáváme na konferencích, kde s nimi domlouváme i případnou spolupráci. Bohužel však technické obory nebyly po jistou dobu v Čechách atraktivní, a tak nezbývá, než se poohlížet v zahraničí.

Sledujete, že se čeští vědci začínají navracet ze zahraničí?

V posledních dvou letech se situace pomalu začala zlepšovat a očekávám další zlepšení, právě díky projektům jako HiLASE a ELI Beamlines.

Co by se mělo změnit?

Problém je zde již na začátku - ve vyučování na základní škole. Je třeba matematiku a fyziku ukázat v praxi a dokázat, že tyto disciplíny jsou opravdu potřebné k pochopení toho, jak a proč svět funguje. Znám to z vlastní zkušenosti. Vždy jsem měl rád techniku, auta… Chtěl jsem pracovat ve Formuli 1 v zázemí týmu jako inženýr. Problém často pramení z toho, že se v dětech nesnažíme vzbudit atraktivitu. Chybí vazba na příklady z běžné praxe, ovšem postupně se to mění k lepšímu. Jsem optimista a věřím, že potřebné odborníky si budeme schopni vychovat. Prostě musíme, protože jinak nemáme šanci přežít v globální konkurenci.