Ústav fotoniky a elektroniky Akademie věd České republiky

výzkumný ústav

Ústav fotoniky a elektroniky AV ČR, v. v. i. (ÚFE), je veřejná výzkumná instituce patřící do systému pracovišť Akademie věd České republiky.[1]

Ústav fotoniky a elektroniky AV ČR, v.v.i.
Budova Ústavu fotoniky a elektroniky
Budova Ústavu fotoniky a elektroniky
Zkratka ÚFE AV ČR
Vznik 1. října 1954
Právní forma veřejná výzkumná instituce
Sídlo Chaberská 1014/57
182 51 Praha 8-Kobylisy
Souřadnice
Ředitel prof. Ing. Jiří Homola, CSc., DSc.
Mateřská organizace Akademie věd České republiky
Oficiální web www.ufe.cz
IČO 67985882 (VR)
Logo Wikimedia Commons multimediální obsah na Commons
Některá data mohou pocházet z datové položky.

ZaměřeníEditovat

ÚFE provádí základní a aplikovaný výzkum v oblasti fotoniky, optoelektroniky a elektroniky. ÚFE příspívá k rozvoji poznání v těchto oblastech a vytváří širokou bázi znalostí, jako základ pro vývoj nových špičkových technologií. V oblasti fotoniky se ÚFE věnuje výzkumu a vývoji nových optických biosenzorů, výkonových vláknových laserů, generátorů koherentního záření ve střední IČ oblasti a speciálních optických vláken. V oblasti optoelektroniky se ÚFE věnuje studiu elektronických a optických jevů na povrchu a rozhraní nanomateriálů vyvolané dopadem fotonů, iontů, elektronů a adsorbcí atomů a molekul za účelem jejich využití v senzorech, nových zdrojích světelného záření a pokročilých analytických metodách. Studium elektrodynamických vlastností biologických systémů a vývoj detekčních systémů pro tyto účely představují nejdůležitější výzkumné aktivity v oblasti elektroniky (s přesahem do fotoniky). ÚFE rovněž provozuje a rozvíjí laboratoř Státního etalonu času a frekvence.

HistorieEditovat

Ústav byl zřízen usnesením IX. schůze prezidia Československé akademie věd (ČSAV) ze dne 28. května 1954 s účinností od 1. října 1954 s názvem Ústav teoretické radiotechniky (ÚTR). Přípravné kroky vedl Sergej Djaďkov, přední osobnost československého elektronického výzkumu, který se stal i prvním ředitelem. Spolu s ním přišli do ústavu odborníci z průmyslového výzkumu stabilních oscilátorů a statistických metod v radiotechnice a řada významných osobností z oblastí teorie obvodů, přesného měření času a šíření elektromagnetických vln. Usnesením X. schůze prezidia ČSAV ze dne 3. června 1955 s účinností od 1. ledna 1956 došlo k přejmenování na Ústav radiotechniky a elektroniky (ÚRE) a ústav pod tímto názvem působil až do konce roku 2006.

Již od počátku své činnosti ústav dosahoval výrazných úspěchů. K těm patřilo změření Dopplerova efektu u prvního sovětského sputniku (družice) v roce 1957. Tato měření byla provedena ve skupině Jiřího Tolmana, který byl vůdčí světovou osobností ve výzkumu generování a měření přesné frekvence a času. Další úspěch přišel na světové výstavě EXPO 1958 v Bruselu, kde ústav získal zlaté medaile za samočinný počítač na principu pravděpodobnosti a přístroj pro rezonanční transformaci signálů.

Počátkem šedesátých let Jiří Tolman inicioval v ústavu výzkum v kvantové elektronice. Ten se zprvu zaměřil na studium paramagnetických látek a na výzkum čpavkového MASERu. Skupina vedená Viktorem Trkalem spustila první československý maser 26. března 1963. Byla to průlomová událost v oboru kvantové elektroniky a laserové fyziky v Československu. (Tento maser lze vidět ve stálé expozici Národního technického muzea.) Brzy poté, začátkem května 1963, následovalo spuštění rubínového LASERu Janem Blablou. V roce 1967 byla v ústavu provedena ve spolupráci s Fakultní nemocnicí na Bulovce první oční laserová operace u nás. Bylo vyrobeno několik oftalmokoagulátorů a předáno očním klinikám v Praze, Mostě a Bratislavě.

Úsilí věnované přesnému času a frekvenci přineslo světově uznávané a využívané výsledky. Především metoda časového transferu s pomocí synchronizačních impulzů televizního vysílání, kterou navrhl Jiří Tolman, byla celosvětově používána až do relativně nedávné doby. V 90. letech postupně přebíraly její funkci systémy GPS.

Velmi užitečným nástrojem pro diagnostiku polovodičových materiálů se stala metoda SIMS (Secondary Ions Mass Spectroscopy), implementovaná v ústavu v roce 1974. Zvláštního mezinárodního uznání dosáhl Zdeněk Šroubek svým příspěvkem k porozumění procesů přenosu povrchového náboje.

Koncem šedesátých a začátkem sedmdesátých let byla v URE vyvinuta příprava červených a zelených LED z GaP epitaxním růstem z kapalné fáze, které měly nejvyšší účinnost přeměny elektrického proudu na světlo v celém východním bloku. Technologie byla předána do Tesly Vrchlabí. Práce ve výzkumu přípravy viditelných LED byly oceněny cenou AV ČR.

V 70. letech byla vyvinuta příprava výkonných emisních diod z GaAs:Si a zlepšené varianty s tzv. optickým oknem emitující 10-20 mW při 100 mA v oboru vlnových délek 920 až 970 nm. Technologie jejich přípravy byla předána do Tesly Blatná. Tyto práce byly v roce 1979 oceněny jako nejvýznamnější průmyslová aplikace výsledku výzkumu v AV. V 70. letech byly také úspěšně připraveny monokrystalické vrstvy GaN a mezi prvními na světě byly připraveny monokrystalické vrstvy GaAlN na safíru. Tyto materiály jsou v současné době používány k přípravě nejúčinnějších zdrojů viditelného záření a nahrazují žárovky.

Od počátku osmdesátých let byl řešen úkol vývoje polovodičových laserů pro optické komunikace v ČSSR. Spojeným úsilím tří vědeckých oddělení se postupně podařilo připravit GaAlAs/GaAs lasery pracující v kontinuálním režimu při pokojové teplotě (J. Novotný), bezdislokační podložky GaAs nutné k přípravě těchto laserů s dlouhou životností (F. Moravec) a nízkoprahové lasery GaInAsP/InP pro celou oblast vlnových délek od 1,1 μm do 1.67μm. V komunikačním pásmu 1,3 μm a 1,55 μm byly dosaženy hodnoty prahového proudu kontinuální laserové generace při pokojové teplotě 11 a 14 mA (D.Nohavica). Práce byly v roce 1989 navrženy na udělení Státní ceny.

V 80. letech pak spojené úsilí ÚRE a Ústavu chemie skelných a keramických materiálů ČSAV vyústilo v ucelenou metodickou a technologickou základnu pro optické vláknové komunikace v Československu.

SoučasnostEditovat

Hlavní aktivitou ÚFE je základní a aplikovaný výzkum, doplňovaný metrologií, publikační činností a výukou. Hlavními oblastmi výzkumu jsou fotonika, optoelektronika a elektronika. V těchto oblastech ÚFE rozvíjí vědeckou úroveň znalostí a zabývá se rovněž vývojem nových špičkových technologií. Jako uznání vysoké kvality výzkumu metrologie frekvence a času, bylo ÚFE pověřeno odpovědností za Státní etalon času a frekvence. Vzdělávání v oblastech výzkumu ÚFE je nedílnou součástí poslání ústavu. ÚFE je zapojeno jak do vysokoškolského tak postgraduálního studia a díky spolupráci s univerzitami přispívá ke kvalitě vzdělávání jak v tradičních tak v nově vznikajících vědních oborech.

Vědecké výzkumné týmyEditovat

Optické biosenzoryEditovat

 
Snímek optického biosenzoru

Cílem výzkumného týmu je vytvořit rozsáhlou bázi poznatků v oblasti fyziky, chemie a biologie, které umožní vyvinout nové biosenzorové technologie využitelné pro studium a kvantifikaci chemických a biologických látek. Tento multidisciplinární výzkum zahrnuje široké spektrum aktivit - od výzkumu fotonických a plasmonických (nano)struktur a funkčních biomolekulárních souborů, přes vývoj optických měřících metod a systémů, až po jejich využití pro studium biomolekulárních interakcí a detekci chemických a biologických látek v oblastech jako jsou lékařská diagnostika, kontrola jakosti potravin nebo monitorování životního prostředí.

Vláknové lasery a nelineární optikaEditovat

Výzkumný tým provádí výzkum zaměřený na výkonové vláknové lasery a jejich využití v materiálovém průmyslu, medicíně a nelineární optice. Studuje mechanismy kombinování laserových svazků, generování a zesilování pulzů, přenos světla a jeho interakci s materiály. V oblasti nelineární optiky je hlavní pozornost věnována využití výkonových vláknových laserů pro čerpání generátorů záření ve střední infračervené oblasti s využitím v laserové spektroskopii. Ve svých aktivitách navazujeme na dlouholeté zkušenosti v oblasti pokročilých optických komunikačních systémů.

Příprava a charakterizace nanomateriálůEditovat

Výzkumný tým se zaměřuje na studium elektronických a optických jevů na povrchu a rozhraní nanomateriálů vyvolané dopadem fotonů, iontů, elektronů a adsorbcí plynů za účelem jejich využití pro senzorické aplikace, jako zdrojů světelného záření a pro vylepšení nanodiagnostických schopností analytických metod.

BioelektrodynamikaEditovat

Dlouhodobou misí týmu je výzkum nových elektrodynamických a elektronických terapeutických a diagnostických metod v biotechnologii a medicíně. K naplňování mise vyvíjí výpočetní postupy a nanotechnologií umožněné experimentální metody k analýze aktivních a pasivních elektromagnetických vlastností biomateriálů od úrovně molekulární po tkáňovou. Konkrétně vyvíjí vysokofrekvenční planární senzory a čipy pro elektromagnetickou analýzu a manipulaci biomolekulárních nanostruktur a buněk. Prioritou zájmu jsou proteinové nanostruktury se zaměřením na buněčná vlákna – mikrotubuly - z důvodu jejich zásadní biologické role v buněčném dělení a pohyblivosti a medicinské relevanci v léčebních postupech u nádorových onemocnění. Dále zkoumá endogenní luminiscenci z organismů a její využití v neinvasivní diagnostice v biomedicíně. Aktivity týmu pokrývají experimentální a teoretickou činnost společně s vývojem specializovaného experimentálního vybavení.

Nano-optikaEditovat

Výzkum nového týmu Nano-optiky se zaměřuje na získávání nových poznatků o interakci světla s hmotou na nanoskopické úrovni pod hranicí difrakčního limitu světla a vývoji nových experimentálních metod k řešení aktuálních otázek v biologii, biofyzice a chemii. K tomu využíváme celou řadu experimentálních metod, převážně zaměřených na analýzu jednotlivých nanočástic nebo molekul. V našich laboratořích využíváme optickou mikroskopii, laserovou spektroskopii, kvantovou optiku, optiku blízkého pole a plazmoniku a kombinujeme měřící technologie s moderními chemickými a bioanalytickými metodami a biotechnologiemi.

Laboratoř Státního etalonu času a frekvenceEditovat

Laboratoř zajišťuje provoz Státního etalonu času a frekvence, tj. vytváří fyzickou aproximaci jednotky času, sekundy, a realizuje národní časovou stupnici UTC(TP), která se podílí na vytváření světového koordinovaného času UTC ve spolupráci s Mezinárodním úřadem pro váhy a míry (BIPM). Laboratoř zajišťuje metrologickou návaznost na Státní etalon a poskytuje služby (kalibrace, expertní činnost) na nejvyšší metrologické úrovni v ČR pro potřeby průmyslu a dalších subjektů, např. kalibračních laboratoří.

OdkazyEditovat

ReferenceEditovat

  1. Zřizovací listina ústavu. www.ufe.cz [online]. 28. 6. 2006 [cit. 26.7.2020]. Dostupné online. 

Externí odkazyEditovat