Sciencemag.cz
Doporučujeme
Před 60 lety zasvítil v Československu první laser. Do provozu byl uveden 9. dubna 1963 zásluhou dr. Karla Pátka, zaměstnance Fyzikálního ústavu Československé akademie věd (FÚ ČSAV), který aparaturu navrhl a sestavil navzdory oficiálně schváleným plánům a s omezenými prostředky. Co předcházelo vyslání prvního paprsku a co spojuje dr. Pátka s Matfyzem?
Zpráva o spuštění prvního československého laseru se dostala i na titulní stránku Rudého práva, které vyšlo v pátek 12. dubna 1963 Zpráva o spuštění prvního československého laseru se dostala i na titulní stránku Rudého práva, které vyšlo v pátek 12. dubna 1963
Rok 1963 byl pro československou fyziku a techniku v oblasti kvantových generátorů světla (laserů) takový annus mirabilis. Během zhruba půl roku byly u nás úspěšně demonstrovány lasery všech hlavních typů: pevnolátkové s neodymovým sklem (FÚ ČSAV) a rubínem (VÚ MNO, ÚRE ČSAV), polovodičový injekční laser na bázi GaAs (ÚFPL ČSAV) a plynový He-Ne laser (ÚPT ČSAV).
Podívejme se krátce na vznik prvního z těchto laserů, který vyslal paprsek koherentního světla 9. dubna 1963 ve Fyzikálním ústavu ČSAV v Praze pod dohledem dr. Karla Pátka (1927–1967). První československý laser byl navržen a postaven v oddělení luminiscence během několika měsíců na přelomu let 1962/63. Šlo přitom o čistě Pátkovu iniciativu, neboť vývoj laseru nebyl obsažen v žádném plánu výzkumu schváleném pro toto období.
Pátek pečlivě pročítal dostupnou literaturu a zvolil pro sebe nejschůdnější systém s aktivním prostředím tvořeným pevnolátkovou tyčkou se sférickým vybroušením koncových ploch – po jejich postříbření vznikl z tyčky rezonátor. Excitace byla zajištěna impulzní Xe výbojkou. Účinné soustředění excitačního světla na tyčku bylo zajištěno vložením tyčky a výbojky do ohnisek eliptické dutiny s vysoce odrazivým povrchem. Výstupní paprsek byl odražen do fotonásobiče a časový průběh byl sledován na osciloskopu, později i spektrometrem.
Potíže byly se získáním aktivního prostředí. Rubín, který byl základem prvního laseru na světě (první laser vyvinul americký fyzik Theodore Harold Maiman, zařízení bylo představeno v roce 1960), Pátek buď nesehnal, anebo se rovnou rozhodl pro méně využívaný materiál – sklo dopované neodymem (Nd3+). Rychlý průzkum mezi výzkumnými ústavy Pátka nasměroval na Státní výzkumný ústav sklářský v Hradci Králové. Zde se setkal s velkou ochotou a potřebné sklo mu rychle utavili (opět mimo plán), neboť zde již měli z minulosti potřebné know-how i zásoby prvků vzácných zemin. Tyčky byly vybroušeny v Laboratoři optiky ČSAV.
Finální vyladění aparatury ztěžovaly hlavně výbojky s nízkou životností. Nicméně první laserový paprsek zazářil ve FÚ ČSAV již 9. dubna 1963 – byl ovšem neviditelný, v blízké infračervené oblasti na vlnové délce kolem 1060 nm. Podrobný popis prvního laseru, včetně řady schémat, zapojení a technických údajů, byl zveřejněn v časopise Slaboproudý obzor, což svědčí o tom, že v konstrukci a parametrech nebylo nic, s čím by se autor mohl pochlubit v mezinárodním periodiku. V podmínkách tehdejšího Československa však šlo o ohromný úspěch, kterého Pátek dosáhl navzdory systému plánování a v podmínkách nedostatku různých materiálů jen díky své neobyčejné pracovitosti, znalostem i organizačnímu talentu. Zpráva o laseru se dostala na první stránku Rudého práva a o několik dnů později vyšel i podrobnější popis ve víkendovém čísle.
A jaký byl vztah Karla Pátka k Matematicko-fyzikální fakultě? Především ten, že zde (tehdy byla MFF UK ještě součástí Přírodovědecké fakulty) vystudoval fyziku (1946–51) a byl vědeckým aspirantem na Fyzikálním ústavu Univerzity Karlovy (FÚ UK) pod vedením Jana Tauce a Emanuela Kliera. Kandidátskou práci (CSc.) obhájil roku 1958. Poté přešel do FÚ ČSAV. Z doby aspirantury se znal s pozdějším děkanem MFF UK Karlem Vackem (1930–2021), který byl o tři roky mladší a na FÚ UK používal podobnou metodiku. Vackovým studentem byl Jaroslav Pantoflíček (1940–2021), kterého po obhájení diplomové práce (1962) a před započetím kandidátské práce vyslal Vacek v akademickém roce 1962/63 na stáž do oddělení luminiscence FÚ ČSAV. Bylo to tedy právě v době vzniku laseru. Pantoflíček tak mohl sledovat vznik prvního laseru zblízka a po svém návratu začal na MFF UK stavět podobný laser. Práce mu však šla pomalu a dokončovali ji jeho studenti – laserování bylo dosaženo až v roce 1968/69 (aktivním prostředím byl rubín a později i Nd:YAG z Monokrystalů Turnov).
V návaznosti na zprovoznění Pátkova laseru probíhal v následujících několika letech již oficiální (naplánovaný a schválený) výzkum dopovaných skel pro lasery ve spolupráci se Státním výzkumným ústavem sklářským. Ve FÚ vznikly tři výzkumné zprávy a v mezinárodních časopisech vyšlo asi pět článků – spoluautory všech těchto výstupů byli Květa Hauptmanová z FÚ ČSAV a Jaroslav Pantoflíček z MFF UK. Ten například vyvíjel metodiku pro měření účinnosti luminiscence. Většina aktivit v tomto směru pak vymizela nedlouho po úmrtí Karla Pátka 24. listopadu 1967 (ve věku pouhých 40 let).
Karel Pátek (1927–1967) se narodil v Přibyslavi. Vystudoval fyziku na Přírodovědecké fakultě UK v Praze (1951) a stal se vědeckým aspirantem na Fyzikálním ústavu Karlovy univerzity pod vedením Jana Tauce a Emanuela Kliera. Kandidátskou práci (CSc.) obhájil roku 1958. Poté přešel do oddělení luminiscence ve Fyzikálním ústavu ČSAV, které vedl Miroslav Trlifaj. Zde se především věnoval elektroluminiscenci ZnS. Přispěl významně k rozvoji technologie přípravy dopovaných ZnS luminoforů a pochopení procesů vedoucích k elektroluminiscenci. Na základě jeho práce byla zavedena výroba elektroluminiscenčních panelů v Tesle Holešovice. Po vzniku prvních laserů počátkem 60. let sestrojil první čs. laser založený na Nd-dopovaných sklech. Pátek trpěl těžkými následky po obrně. V roce 1967 po několikaměsíčním onemocnění podlehl těžké chorobě ve věku pouhých 40 let (zemřel 25. 11. 1967). Karel Pátek byl také výjimečně schopným popularizátorem vědy, překládal a psal také scénáře pro naučné filmy. V polovině 70. let uděloval FÚ ČSAV Ceny K. Pátka za popularizaci fyziky.
Nedávné pátrání po lokalitě, kde „rychlostí světla vyletěl“ první laserový paprsek v našich zemích, vedlo k překvapivému zjištění (díky vzpomínkám syna K. Pátka), že to bylo v jedné provizorní přízemní budově v zahradě u Lannovy vily v Bubenči (dnes ulice Pelléova, tehdy Majakovského), kterou ČSAV využívala od roku 1957.
To, že byl první československý laser založen na neodymem dopovaném skle, bylo možná částečně dílem náhody. Nicméně je jisté, že tento typ laserového aktivního prostředí nezmizel do propadliště dějin. Naopak, vyrábí se ve velkém a je součástí řady nejvýkonnějších laserových systémů. Je příznačné, že tato skla jsou využívána i v nejvýkonnějších laserových systémech v centru ELI v Dolních Břežanech u Prahy (systém L4-ATON, 10 PW / 2 kJ).
A závěrem ještě jedna zajímavost, která spojuje dr. Pátka s Matfyzem. V době budování nikdy nedokončeného společného areálu MFF UK a FJFI ČVUT v Holešovičkách vznikla počátkem 80. let nová ulice mezi katedrální budovou a dlouho stavěnými kolejemi. Ta byla roku 1983 pojmenována právě po Karlu Pátkovi. Navrhovateli nejpravděpodobněji byli prof. Karel Vacek (tehdy děkan MFF UK) a doc. Jaroslav Pantoflíček, který byl zapojen do organizování výstavby „matematicko-fyzikálního učiliště“ (později byl i proděkanem pro výstavbu). Je pozoruhodné, že tak vzácná příležitost pojmenovat novou ulici po fyzikovi, nebyla využita pro nějakou proslulejší osobnost spojenou s Univerzitou Karlovou, např. pro Čeňka Strouhala, Václava Petržílku či Zdeňka Matyáše.
Tento článek využívá řadu dosud nepublikovaných informací. V plné podobě bude příspěvek zveřejněn v červnovém čísle Československého časopisu pro fyziku.
Autor: prof. Jan Valenta
Převzato z Matfyz.cz.
Pozvánka
Nositel Nobelovy ceny Reinhard Genzel bude přednášet v Praze
Reinhard Genzel je německý astrofyzik. Za objev supermasivní černé díry ve středu Mléčné dráhy mu spolu s Andreou Ghez a Rogerem Penrosem byla v roce 2020 udělena Nobelova cena za fyziku.
20.– 21. 4. 2023
podrobnější informace
