Laboratoř laserová interferometrie

Vznik laboratoře byl iniciován v roce 1996 renomovanými odborníky z Fyzikálního ústavu AV ČR a Univerzity v St. Galenu, kteří předtím přišli na katedru fyziky Technické univerzity v Liberci. Po získání výzkumného záměru "Studium elektromechanických vlastností látek a jejich využití ve vědě a technice" od Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy ČR byly vytvořeny mimořádně vhodné podmínky pro rozvoj výzkumu dielektrických materiálů. Na fakultě pedagogické a fakultě mechatroniky a mezioborových studií Technické univerzity v Liberci bylo vybudováno společné pracoviště, které svým rozsahem výzkumu pokrývá širokou oblast od základního výzkumu až po aplikační. Vznikla i nová pracoviště, mezi nimi i Laboratoř laserové interferometrie. Tato laboratoř vznikala od úplného základu. Byly provedeny stavební úpravy, nakoupeno vybavení a získány zkušenosti ze zahraničních pracovišť. Ke konci roku 1998 začal zkušební provoz této laboratoře.

Základem laboratoře je modulární systém interferometru, který byl navržen tak, aby bylo možné měnit experimentální sestavu při změnách požadavků na měřené vzorky. V současné době tento systém umožňuje rychlé a jednoduché sestavení všech potřebných experimentálních konfigurací. Při stavbě interferometru jsme vycházeli z klasických prací, provedených v Pennsylvania State University. Zde pro měření piezoelektrických deformací postavili nejprve Michelsonův [1] a posléze i Mach–Zehnderův interferometr [2]. Také nám zpočátku velice pomohlo využití zkušeností profesora Kholkina, získaných při návštěvě École Polytechnique Fédérale de Lausanne, kde místní interferometrická laboratoř byla na velmi vysoké úrovni [3]. Postavením obdobné laboratoře jsme se zařadili mezi několik málo takto vybavených pracovišť na světě.

I když byl interferometr v Lausanne velmi přesný, byla ještě řada možných zlepšení při konstrukci našeho interferometru [4]. Optické části byly opatřeny antireflexními vrstvami, aby odražené paprsky nevytvářely při dopadu na fotodiodu parazitní signál. K nastavení fázového rozdílu mezi větvemi interferometru jsme při studiu piezoelektrických materiálů použili fázový modulátor, vyrobený v naší laboratoři a založený na krystalu LiNbO₃, namísto standardně používaného piezoelektrického aktuátoru. Byl použit i Faradayův rotátor, který brání zpětnému odrazu paprsku do laserového rezonátoru a tím i rozladění laseru.

Dalším krokem ve výzkumu byla realizace možnosti měřit piezoelektrické koeficienty v širokém rozsahu teplot, zvláště potom při nízkých teplotách. Takovými experimenty se žádné jiné pracoviště nezabývalo, protože přinášely spousty technických problémů. Vibrace kryostatu či změny teplot způsobují ztrátu kontrastu interferenčního obrazu. Naše řešení problému vycházelo ze skutečnosti, že na interferenční obrazec má podstatný vliv pouze vzájemný pohyb optických elementů, které vedou paprsky jednotlivými větvemi interferometru mezi jejich rozdělením a opětovným spojením. Vibrace laseru, fotodiody či jiných elementů vně této dráhy paprsků vliv na interferenci nemá. Kmitá-li celý interferometr vůči okolí, vzájemné kmity optických elementů vůči sobě mohou být zanedbatelné a interferenční obraz je tedy stabilní. Proto byl sestrojen miniaturní interferometr, který byl celý vložen dovnitř kryostatu. Umístění interferometru do kryostatu částečně eliminovalo i problém teplotních nehomogenit.

U Mach-Zehnderova interferometru, používaného pro měření tenkých piezoelektrických vrstev, bylo nutné redukovat počet optických prvků. To si vyžádalo konstrukci nového typu interferometru [4,5], který je i patentován. Měřením teplotní závislosti piezoelektrických koeficientů se stalo naše pracoviště unikátním z celosvětového hlediska.