Mezinárodní rok světla

20. prosince 2013 vyhlásila OSN na 68. valném shromáždění rok 2015 Mezinárodním rokem světla a technologií založených na světle. Cílem tohoto kroku je připomenout občanům celého světa výraznou roli světla a optických technologií v každodenním životě a ukázat, jak optické technoligie přispívají k udržitelnému rozvoji a pomáhají řešit zásadní výzvy energetiky, strojírenství, zdravotnictví, zemědělství, potravinářských a komunikačních technologií.

Co je fotonika?

Fotonika je věda zabývající se světlem, jeho generací, zesilováním, přenosem, manipulací a detekcí. Světlo můžeme v různých případech vnímat jako částici (foton) nebo jako vlnu (elektromagnetické záření).

Energetika a fotonika

Většinu energie Země dostává od Slunce, které je naší nejbližší hvězdou. Velká část této energie má formu světelného záření, které se může transformovat v elektřinu a teplo. Solární energetika je zdrojem čisté energie a jedno z řešení trvalé udržitelnosti. Je také příkladem toho, jak politikové svými neuváženými rozhodnutími deformují tržní prostředí a diskreditují perspektivní odvětví, pokud místo podpory základního a aplikovaného výzkumu vycházejí vstříc zájmovým skupinám.

Ideálním řešením je pasivní solární architektura s dobře řešeným vedením světla a minimálními nároky na chlazení či ohřev se spotřebou akumulované či konvertované solární energie přímo na místě.

Na osvětlení se globálně spotřebovává okolo 20% vyrobené elektrické energie. Moderní osvětlovací tělesa na bázi LED jsou cca 2x úspornější, než fluorescenční svítidla a 10x úspornější, než tepelné žárovky.

Komunikační systémy

Moderní komunikační systémy jsou založené na optických vláknech. Jednovidové optické vlákno umožňuje přenos informací rychlostí až 15 Tb/s (čti terabitů za sekundu). Speciální vlákno se 7 jádry umožňuje přenos až 255 Tb/s. Přitom jsou tato vlákna vyrobena z křemene, který je jedním z nejrozšířenějších oxidů na zemi a cena křemenných optických vláken je jen zlomkem ceny tradičních měděných kabelů. Optické kabely se používají na dálkových trasách, mezi BTS mobilních sítí a stále častěji vedou až do domů. Fotonika je základní technologií, která umožňuje bouřlivý rozvoj internetu a mobilních sítí.

Medicína

Rozvoj optiky způsobil v medicíně hned několik revolucí. K první revoluci došlo díky vylepšování mikroskopů zásluhou dánského optika a vědce Antonia Philipse van Leeuwenhoeka, který položil základy mikrobiologie. Brýle také zvyšovaly kvalitu lidského života zejména v období, kdy zrak přirozeně slábne. 

Druhá revoluce probíhá právě nyní a je podmíněná využitím laserů a moderních zobrazovacích a diagnostických metod. Endoskopy umožňují lékařům nahlédnout do lidského těla. Výkonové a femtosekundové lasery nacházejí stále více uplatnění při očních operacích, operacích močových kamenů, v dermatologii i zubařství. Výhodou této techniky je možnost bezdotykového ostře ohraničeného řezu tkání a odstranění i velmi malých struktur bez poškození okolí a bez případného zanesení infekce do rány.

Jednoduché optické senzory se již dlouho používají pro stanovení sycení krve kyslíkem. Komplexní optické biosenzory umožňují včasnou diagnostiku rakoviny nebo Alzheimerovy nemoci.

Lasery v průmyslu

Laserová technologie byla v minulosti považována za těžko dosažitelnou technologii pro běžné průmyslové využití. Postupem času ale získává stále širší uplatnění v různých aplikacích právě v průmyslové výrobě. Do tohoto sektoru dnes patří několik oborů zahrnujících laserové svařování, vrtání, řezání, rýhování, trimování, žíhání, naprašování a mnoho dalších. Hlavní výhodou laserových technologických operací je možnost opracování materiálu bez mechanického kontaktu se samotným výrobkem, což umožňuje opracování na dálku, možnost opracování těžko přístupných částí materiálu a technologické zpracování materiálů, které se klasickými metodami nedají provést.

Průmyslové využití laserů sahá až do roku 1965, kdy americká společnost Western Electric Company sestavila první funkční laserový systém, kterým se vrtaly diamantové kostičky. V roce 1967 na něj navázal laser na bázi CO2, který se používal pro řezání plechů a na začátku 70. let byl vyvinut laser na řezání titanu. Řezání bylo a stále je nejrozšířenější laserovou technologií. Od 60. let tato technologie prošla obrovským vývojem. Postupem času docházelo ke zvyšování a zlepšování výkonu laserů a s tím přišly i nové možnosti využití.

Nástup vláknových laserů odstartoval druhou etapu v evoluci laserů. Vláknové lasery jsou nejnovějším a nejpokrokovějším typem laserů. Celkově jde o velmi pokrokovou a moderní technologii, která se začala v posledních letech stále vice používat. Díky svým unikátním vlastnostem nahradily v řadě aplikací stávající technologie a otevírají stále více možností, jak laser využívat nejen k řezání a svařování, ale také ke kalení, navařování, nebo dokonce čistění.

*   *   *

Na těchto stránkách v průběhu 12 měsíců trvání Mezinárodního roku světla vzpomeneme 12 významných vědců 20. století, kteří se nesmazatelným způsobem zapsali do historie fotoniky a ovlivnili, přímo či nepřímo, činnost našeho ústavu. Prvním v této sérii je Charles Hard Townes, který se v roce 1984 podělil o Nobelovu cenu s N.G. Basovem a A.M. Prokhorovem za zásluhy o rozvoj kvantové elektroniky a za vynález maseru.