The history of lasers at the Institute of Scientific Instruments of the ASCR in Brno (ISI) has begun 1249 days after the worldwide premiere of laser. The first to be put into operation at ISI was the He-Ne laser (16 October 1963). Highest attention was then paid to its further development making possible a large number of its applications. The He-Ne laser was followed by a ruby laser (4 March 1964), He-Cd laser (1970), and Nd:YAG laser (1973). The article presents all achievements concerning lasers at ISI accompanied by historic photos, their applications and routes to production at national companies. Nowadays many of these instruments and techniques are in use and are further being perfected, such as interferometric distance measurements with sub-nanometer resolution, methods of comparison of metrological etalons by femtosecond lasers, utilization of laser light for manipulations with micro-object combined with laser micro-spectroscopy., P. Zemánek, J. Lazar, O. Číp, L. Oprchalová, J. Kršek, D. Vavrouch., and Obsahuje bibliografii
Thanks to the development of fiber optic technologies for the Internet, large cities and metropolitan networks are now well connected through the fiber optic technology. Since the mid-nineties of the last century a rapid research in the transmission of stable frequencies via optical fibers has been introduced. It is necessary for mutual remote comparison of optical frequency standards via optical fibers. But in order to transmitting optical frequencies through photonic data networks, the key task is to compensate the Doppler shift that is induced in the fibers by external influences, such as particularly changes in the temperature or acoustic noise and mechanical vibration environment in which the fibers are installed. In this work we present some techniques to compensate these unwanted effects. Furthermore, we present the realization of an optical system and measurement parameters achieved by the phase-coherent optical transmission of the optical frequency standard working at a wavelength of 1540.5 nm. The optical frequency dissemination with the stable transport delay has been established on the fiber optic link leading from the Institute of Scientific Instruments ASCR Brno to headquarters of national provider CESNET in Prague over the optical fiber with the length of 306 km. The work includes the verification and measurement of changes of the transport delays using simultaneous bidirectional transmission of 1PPS signals from the instrument based atomic clocks placed in both ends of the same optical fiber. and Díky rozvoji komunikačních technologií pro internet jsou nyní dobře propojena velká města i metropolitní sítě optickými vlákny, čímž lze zajistit čistě fotonický přenos signálů na vzdálenosti až stovek kilometrů. Od poloviny devadesátých let minulého století probíhá intenzivní výzkum v oblasti přenosu stabilních frekvencí pomocí optických vláken, který je nezbytný pro vzájemná dálková porovnávání normálů optické frekvence. Aby však bylo možné přenášet optické frekvence přes běžné fotonické datové sítě, je nezbytné kompenzovat dopplerovský posuv, který je ve vláknech indukován působením vnějších vlivů, jako jsou zejména změny teploty či akustické a mechanické vibrace prostředí, ve kterém jsou vlákna uložena. V práci představujeme vybrané techniky kompenzace těchto nežádoucích efektů. Dále prezentujeme vlastní realizaci optické soustavy a měření dosažených parametrů fázově koherentního přenosu optické frekvence normálového laseru pracujícího na vlnové délce 1540,5 nm z pracoviště Ústavu přístrojové techniky AV ČR v Brně do ústředí poskytovatele fotonických služeb CESNET v Praze po optickém vlákně délky 306 km. Součástí výsledků je i verifikace měření změn dopravního zpoždění pomocí obousměrného simultánního přenosu signálů 1PPS z přístrojových atomových hodin umístěných v obou lokalitách po stejném optickém vlákně.
The laboratory follows the tradition of the Department of Quantum light generators of the ISI. The first gas laser in Czechoslovakia was put into operation and commercially successful ineterferometric systems were developed here. At present the group deals predominantly with stabilized lasers for etalons of optical frequencies, interferometric techniques with high resolution and direct methods of measurement of index of refraction of air. Traditional links of the group are to the Technical University of Brno, especially to the faculties of electrical and mechanical engieering and to institutes of metrology in the Czech Republic and abroad.
We present an overview of the new results of the group of Coherent lasers and interferometry of the Institute of Scientific Instruments AS CR, v.v.i. The new results deal with stabilized semiconductor lasers for hyperpolarization of noble gases, design of new laser systems for metrology of optical frequencies based on molecular iodine, the application of optical comb synthesizer in the metrology of lengths and interferometric measurements with high resolution. The article also reports about the main topics of investigation of the group at present and in near future. and Článek podává přehled nejnovějších výsledků skupiny Koherentních laserů a interferometrie Ústavu přístrojové techniky AV ČR, v.v.i. Nové výsledky se týkají použití stabilizovaných polovodičových laserů pro hyperpolarizaci vzácných plynů, realizace nových laserových systémů pro metrologii optických frekvencí na bázi molekulárního jódu, využití optického hřebenového syntezátoru v metrologii délek a v neposlední řadě oblasti interferometrických měření délek s velkým rozlišením. Článek také pojednává o hlavních tématech výzkumu, která jsou nyní a budou předmětem zájmu skupiny v blízké budoucnosti.
The article covers the topic of a laser comparator for calibration of length sensors that has been developed in cooperation with MESING, Institute of Scientific Instruments of the ASCR and Czech Metrology Institute. The laser comparator is destined for manufacturers of sensors and length meters as well as for factory metrology centres that deal with precision engineering. The comparator allows to calibrate the sensors with a measuring range up to 100 mm at the position reproducibility of 1 nm. and Eine der Voraussetzungen, um eine hohe Präzision der Längenmessung zu gewährleisten, ist eine präzise Kalibrierung der Längenmessgeräte und deren Taster mit Hilfe von Laser-Längenkomparatoren. Firma MESING, die ein spezialisierter Hersteller von Längenmessgeräten für den Maschinenbau ist, reagierte auf dieses Problem schon vor einigen Jahren, als sie eine Partnerschaft mit wissenschaftlichen Teams des Institutes für Gerätetechnik der Akademie der Wissenschaften und des Tschechischen Metrologischen Institutes geschlossen hat. Ziel war dabei, einen kompakten Laserkomparator für präzise Kalibrierung zu konstruieren. Dieses Gerät sollte in erster Linie für die Hersteller von Tastern und Längenmessgeräten, der Feingerätetechnik zur Ausstattung ihrer Metrologie- Zentren dienen und über eine genügende Robustheit verfügen um dort in etwas raueren Bedingungen eine ähnlich präzise Längenmessung wie mit einem klassischen Laserinterferometer zu ermöglichen. Es enstand so ein einzigartiges Gerät zur Kontrolle der Abmessungen, dessen erste Version nun zur Verfügung steht. System ermöglicht die Kalibrierung von Tastern mit einem Messumfang bis 100 mm mit einer Positions- Reproduzierbarkeit auf 1 nm Genauigkeit.
We present a method of laser interferometry appropriate for precise determination of the depth of etching in a deep reactive ion etching system (DRIE), primarily used for manufacturing of micro-electro-mechanical systems (MEMS). The system uses previous interferometer designs developed at the Institute of Institute of Scientific Instruments of the CAS, v. v. i. (ISI). We designed and manufactured a measurement system for specific MEMS and its functionality verified with the KLATencor D-120 profilemeter. and Představujeme laserovou interferometrickou metodu pro přesné měření hloubky leptu v průběhu procesu hlubokého reaktivního iontového leptání (DRIE), která se primárně využívá při zhotovování mikro-elektro-mechanických systémů (MEMS). Systém využívá předchozích návrhů interferometrických systémů vyvinutých na Ústavu přístrojové techniky AV ČR, v.v.i. (ÚPT). Navrhli jsme a zkonstruovali odměřovací zařízení pro specifickou oblast MEMS systémů a jeho funkčnost ověřili měřením na profilometru KLA Tencor D-120.
Optical frequency references - absorption cells filled with ultra-pure gases - represent an unique tool for laser frequency stabilisation. The key properties of these cells are their spectral parameters, which define the achievable frequency stability of realised laser standard. Chemical impurities in absorption media cause undesirable frequency shifts of absorption spectra and degradation of frequency stability. Due to these reasons their level must be precisely controlled. We present a novel simple method for evaluation of iodine cells quality based on measurement of hyperfine transitions spectra profiles. and Reference optických kmitočtů - absorpční kyvety plněné ultračistými plyny - představují unikátní nástroj k frekvenční stabilizaci laserů. V kombinaci s vhodně zvolenými detekčními metodami laserové spektroskopie je možno s jejich pomocí dosáhnout ultimátních vlastností laserových systémů. Na základě těchto optických sestav jsou realizovány laserové normály délky pracující na řadě vybraných optických kmitočtů a další měřicí systémy. Klíčovými parametry absorpčních kyvet jsou spektrální vlastnosti použitého absorpčního plynu. Šířka a intenzita absorpčních přechodů zásadně ovlivňují dosažitelnou stabilitu a přesnost optické frekvence realizovaného laserového standardu. Příspěvek pojednává o metodách pro měření spektrálních vlastností absorpčních prostředí a ověřování chemické čistoty absorpčního média v kyvetách plněných molekulárním jódem, nejčastěji používaným absorpčním plynem ve viditelné části spektra.
The vast majority of physical objects we deal with are almost exclusively made of atoms. Due to their discrete level structure, single atoms have proved to be excellent emitters of nonclassical light, i.e. single photons. We demonstrate experimentally that this nonclassical behaviour is preserved when scaling up the number of atoms in the source ensemble by several orders of magnitude., Lukáš Slodička, Ondřej Číp a Radim Filip., and Obsahuje bibliografické odkazy
We report on the results of the common collaborative project of applied research where the Institute of Scientific Instruments (ISI) of the Academy of Sciences of the Czech Republic and a company Meopta - optika joined their effort in development of high-precision interferometric systems for dimensional metrology and nanometrology. This research exploits previous results in the field of laser standards of optical frequencies and the methodology of interferometric metrology of length together with detection systems of interference signals and their processing at the ISI and the production technology of precise optical components at Meopta - optika. The main aim of the project is a design of a complex interferometric measuring system in a form of a prototype serving as a master for further production. It concept is a modular family of components configurable for various arrangements primarily for multi-axis measurements in nanotechnology and surface inspection. Within this project we developed a compact, solid-state frequency stabilized laser referenced to iodine transitions and technology of iodine cells for laser frequency stabilization. A fundamental setup of the laser interferometer has been arranged and tested. The company Meopta - optika contributes with development of new technology together with a design of a machine for processing and polishing of high-precision flat-surface optical components. and Prezentujeme zde výsledky společného projektu aplikovaného výzkumu, v němž spolupracují Ústav přístrojové techniky, Akademie věd České republiky, v. v. i. a firma Meopta - optika, s. r. o. na společném vývoji vysoce přesných interferometrických systémů pro dimenzionální metrologii a nanometrologii. Výzkum využívá předchozích výsledků na poli laserových normálů optických frekvencí a metodologie interferometrických měření v metrologii délky, detekce a zpracování interferometrických signálů na ÚPT spolu s technologií zpracování optického skla a výrobou vysoce přesných optických komponentů ve firmě Meopta - optika. Hlavním cílem projektu je návrh komplexního interferometrického měřicího systému ve formě prototypu, který bude sloužit jako východisko pro budoucí výrobu. Zvolená koncepce systému představuje modulární rodinu komponentů konfigurovatelnou pro různá uspořádání, zvláště pro víceosá měření v nanotechnologiích a měřeních topografie povrchů. V rámci tohoto projektu jsme vyvinuli kompaktní pevnolátkový, frekvenčně stabilizovaný laser na referenci v podobě přechodu v molekulárním jódu a v souvislosti s tím také technologii přípravy jodových kyvet pro stabilizaci laseru. Základní uspořádání interferometru bylo sestaveno a testováno. Podnik Meopta - optika, s. r. o. přispívá vývojem nové technologie a návrhem stroje pro opracování vysoce přesných optických komponent rovinné optiky.