Litevské lasery

Lasery, široce používané ve vědě a průmyslu, dnes otevírají úžasné možnosti v různých oborech – od polovodičů, spotřební elektroniky až po lékařské aplikace. Asi znáte pobaltskou zemi Litvu, ale možná nevíte, že litevský sektor fotoniky dodává femtosekundové lasery do 96 ze 100 nejlepších světových univerzit, včetně Cambridge University a Massachusetts Institute of Technology (MIT). Ve světě laserů není třeba Litvu představovat. Navzdory své skromné velikosti je země globálním hráčem ve vědeckých i průmyslových laserových technologiích, vyváží laserová řešení do více než 80 zemí a spolupracuje s NASA i CERN. Litevské lasery jsou také instalovány ve výzkumném centru ELI – Extreme Light Infrastructure v Česku. Se stále rostoucí globální poptávkou po laserových aplikacích bude působivé tempo růstu, které litevský laserový sektor předvádí, pokračovat.

Společnost Light Conversion vyrábí ultrarychlé a přesné femtosekundové lasery, umožňující nejmodernější výzkum po celém světě. A to je jen jedna z přibližně 60 fotonických společností sídlících v malé Litvě. „Litva možná není příliš známá země, přesto většina lidí používá produkty, které byly vyrobené pomocí našich laserů. Např. chytré telefony, televize nebo cévní stenty,“ říká Karolis Neimontas, vedoucí výzkumu a vývoje společnosti Light Conversion. „Málokdo si uvědomuje, jak zásadní jsou lasery pro technologie, na které se dnes spoléháme, a pro inovace utvářející budoucnost.“

Jak lasery utvářejí moderní svět

„Bez laserové technologie by neexistovaly počítače a smartphony,“ říká Neimontas a vysvětluje, že lasery jsou klíčové v polovodičovém průmyslu – připravují čipy, které elektronickým zařízením dávají jejich výpočetní výkon. Například femtosekundové lasery pomáhají vědcům studovat, jak se elektrony pohybují v určitých materiálech, což ovlivňuje, jak rychlá, efektivní a energeticky úsporná mohou být naše zařízení. Lasery pomáhají identifikovat materiály, v nichž se elektrony pohybují snadněji, což vede k rychlejšímu zpracování dat a nižší spotřebě energie. To z nich dělá klíčovou hnací sílu v rozvoji moderní elektroniky.

Pokrok v lékařském výzkumu

Infračervené lasery umožňují multifotonovou mikroskopii, což je technika, která může zasáhnout až dva milimetry pod povrch a zkoumat vzorky tkáně bez poškození. Tento neinvazivní diagnostický nástroj je cenný v oborech, jako je neurověda a onkologie, a nabízí bezpečnější a hlubší vhled do biologických struktur. Femtosekundové lasery jsou díky své výjimečné přesnosti široce používány také při lékařských zákrocích, jako jsou např. operace korekce zraku. Laserový paprsek umožňuje přesné řezy na rohovce s minimálními tepelnými účinky, což snižuje riziko zánětu.

Jak se Litva stala centrem laserových technologií

První milník v laserové technologii dosáhla Litva již v roce 1966, kdy země vystřelila svůj první laserový paprsek – pouhých šest let poté, co byl první laser vyvinut ve Spojených státech. Litevští vědci, kteří pracovali s optikou a mikrovlnami, si vybrali lasery jako další oblast, na kterou se specializovali. Od té doby se sektor fotoniky stal základním kamenem průmyslového ekosystému země s centrem ve Vilniusu, a nastala éra úzké spolupráce mezi vědou a průmyslem. Objevily se dva směry vývoje laserů – základní výzkum zabývající se vytvořením samotného laserového paprsku a výzkum laserových aplikací. Je to už čtyřicet let, co Litva začala prodávat lasery, a zhruba dvě desetiletí od doby, kdy průmyslová laserová výroba nabrala na obrátkách. Dnes je v Litvě celý hodnotový řetězec laserových technologií – od optických povlaků po laserové pracovní stanice a další.

V Litvě je více než 60 společností, které vyrábějí laserové technologie

Litevský laserový sektor má tři klíčové kompetence – spolehlivé průmyslové lasery s ultrakrátkými pulzy, lasery s vysokou intenzitou petawattové a terawattové třídy a lasery s laditelnou vlnovou délkou. Například v elektronickém průmyslu jsou lasery nápomocné při výrobě velmi malých elektronických součástek, které vyžadují vysokou přesnost zpracování. Průmyslové lasery jsou navrženy tak, aby byly velmi spolehlivé a mohly pracovat nepřetržitě po dlouhou dobu.

Příklady výrobků

Light Conversion je lídrem v oblasti pulsních laserů a optických parametrických zesilovačů. Lasery společnosti se dokonce dostaly do laboratoře nositelky Nobelovy ceny. V roce 2023 byl v laboratoři univerzity v Lundu instalován jeden z vysoce intenzivních laserových systémů pro francouzskou fyzičku Anne L'Huillier, která získala Nobelovu cenu za fyziku. Na univerzitě v Lundu díky vysoce intenzivnímu laserovému systému od litevské společnosti pokračuje ve svém průlomovém výzkumu v attosekundové vědě. Tyto lasery umožňují studium ultrarychlých jevů, jako je zachycení pohybu elektronů – událostí, které se vyskytují v neuvěřitelně krátkém časovém horizontu jedné kvintiliontiny sekundy. Takové lasery mají velmi vysokou intenzitu; měříme ji v terawattech a petawattech. Jsou určeny pro velká výzkumná centra a umožňují urychlovat částice tak, abychom mohli například usuzovat, jaké procesy mohly nastat bezprostředně po velkém třesku.

Pak jsou tu lasery s laditelnými vlnovými délkami. Laser má obvykle jednu stabilní a úzkou vlnovou délku, která mu dává jednu barvu. Barevné lasery umožňují změny vlnové délky. Takové lasery se také používají pro vědecké účely, včetně spektroskopie, výzkumu a provádění velmi přesných měření.

Rychlý růst

Roční tempo růstu litevského laserového průmyslu bylo mezi lety 2009 a 2021 více než 16,2 %. To je desetkrát více než tempo růstu průměrného průmyslu v Evropě. A rychlý růst dokázal, že i v turbulentních časech může v expanzi pokračovat. V loňském roce např. tržby společnosti Light Conversion vzrostly o 21 % na 210 milionů EUR. Polovinu z tržeb tvořily prodeje průmyslovým podnikům. Pokud máte mobilní telefon, je pravděpodobné, že obsahuje součástku vyrobenou litevským laserem.

Jaké jsou důvody tohoto silného a stabilního růstu?

Litevská laserová komunita je velmi těsná. Většina lidí z ní (kolem 70 % těch, kteří pracují v laserových společnostech) absolvovala Fyzikální fakultu Vilniuské univerzity. Během pěti let studia se všichni alespoň jednou setkají. Optický průmysl je osídlen společnostmi vedenými bývalými studenty, z nichž většina dělala svou bakalářskou nebo magisterskou práci ve stejné laboratoři. Po absolvování někteří studenti zůstávají na akademické půdě, jiní jdou do průmyslu. Například Vědeckotechnický park Fyzikálního ústavu je domovem více než tuctu laserových společností, všechny co by kamenem dohodil od sebe. Pokud firma přeroste tyto prostory a odejde expandovat někam jinam, nastupuje na její místo jiná. To znamená, že existuje dynamická komunita motivovaná posouvat se neustále vpřed. Vedle toho těsné spojení mezi průmyslem a akademickou sférou usnadňuje spolupráci.

Neimontas připisuje úspěch litevského laserového sektoru také místnímu dodavatelskému řetězci pro high-tech komponenty, jako je optika, elektronika a mechanické díly. „Spolehnutí se na blízké dodavatele zvyšuje kvalitu naší výroby a kontrolu,“ říká. „Tato úzká síť umožňuje rychlou spolupráci a efektivní pracovní postupy a vzájemné obchodní vztahy, přičemž dodavatelé se často stávají i zákazníky, kteří integrují lasery do svých vlastních produktů. Tento kolaborativní ekosystém posiluje pozici Litvy v laserové technologii.“

Kde na světě najdeme lasery vyrobené v Litvě

Najdeme je na všech kontinentech kromě Antarktidy. Více než 80 % laserové produkce se vyváží. Trhy zhruba odpovídají centrům high-tech průmyslu a vědy – USA, Čína, Německo, Japonsko a Jižní Korea.

ELI

ELI, někdy označované jako „laser CERN“, je konsorcium zemí, jejichž cílem je vybudovat lasery s rekordním výkonem pro výzkum v oblasti základní fyziky a chemie. Litva patří mezi její zakládající členy spolu s Itálií, Maďarskem a Českou republikou. Litevské společnosti Light Conversion a Ekspla vyrobily pro zařízení ELI supervýkonné ultrakrátké pulzní lasery. Tyto vysoce výkonné lasery se používají pro urychlování částic. Urychlovače částic patří mezi nejuniverzálnější nástroje pro všechny aspekty moderní vědy – od odhalování záhad hmoty, která tvoří vesmír, až po vytváření paprsků částic pro léčbu rakoviny. ELI funguje podobným způsobem jako CERN – vytváří výzvy k podávání žádostí a vědcům jsou přiděleny časové úseky pro použití těchto laserů pro jejich výzkum. ELI je také důležité tím, že umožňuje vyhnout se konstrukci masivních urychlovačů. CERN už má 30kilometrový prstenec pro urychlování částic; nyní má v plánu postavit 100kilometrový podzemní tunel... V ELI je možné dosáhnout podobných výsledků s několika lasery, které se vejdou do jedné místnosti.

Budoucnost litevských laserů

Navzdory výrazné expanzi stále existuje velký potenciál pro růst. Je tu například technologie microLED, od které se očekává, že bude dominovat nové generaci obrazovek. Tyto obrazovky se skládají z mikroskopických LED, které tvoří jednotlivé pixely a nabízejí vynikající jas, kontrast, odolnost a energetickou účinnost. V současné době umíme vyrábět pouze microLED obrazovky velké jako stěna a každá stojí milion. Pokud je chceme zmenšit a zlevnit, bude potřeba použít lasery. Je nemožné uspořádat miliardy pixelů ručně nebo pomocí robota, ale s laserem to trvá pouze jeden pulz.

Více zde LIGHT CONVERSION

Zdroje: https://ltoptics.org/en/laser-lithuania-why-lithuania-is-punching-above-its-weight-in-laser-technologies/