Наши ученые первыми в мире получили генерацию лазерного излучения на новых кристаллах

Гиперболоид XXI века

Лазерная физика поддерживает у нас репутацию одного из главных научных направлений еще с тех пор, как в Институте физики Академии наук БССР был запущен первый в Советском Союзе лазер — случилось это в 1963 году. Интересно, что лазеры сразу снискали славу устройств, способных решать еще не существующие проблемы. Ну кто думал в середине прошлого века о лазерной резке и сварке, коррекции зрения, не говоря уже о самом массовом применении в компьютерной технике и связи? В том, какие позиции Беларуси удалось здесь занять, «СБ» помог разобраться академик–секретарь Отделения физики, математики и информатики НАН Беларуси Валентин Орлович, кстати, один из авторов работы, вошедшей в топ–10 научных достижений НАН Беларуси 2015 года — создание искусственных наноразмерных фотонных кристаллов, открывающих пути для новых подходов к созданию лазеров.


— Надо понять, что нет универсального лазера на все случаи жизни, — сразу расставляет точки над «i» Валентин Антонович. — Они могут быть огромные, как здание, для термоядерного синтеза, а могут умещаться на ладони. Например, мы создавали микрочип–лазеры, предназначенные для использования в спектроскопии. Лазерная техника — это по определению штучный товар. Устройство средних параметров может весить 5 — 10 кг, но стоить, как трактор «Беларус». Их созданием занимаются тысячи фирм в мире, и у каждой есть своя ниша. У нас над лазерной темой работает ряд академических институтов, вузы — БГУ, БНТУ, Витебский, Гомельский, Гродненский университеты, госпредприятия и частные фирмы. Например, недавно отмечали юбилей фирмы «Лотис» — за 20 лет они произвели 1.300 мощных лазеров. На постсоветском пространстве мы занимаем второе место после России по уровню развития и результативности лазерной физики и оптики в целом.

Валентин Орлович проводит экскурсию по своей родной лаборатории нелинейной оптики Института физики. Вот зеленая точка, которую рисует лазерный пучок, проходя через ряд кристаллов, становится больше, а вокруг нее возникает оранжевый ореол. Это эксперимент по измерению нелинейных эффектов. Дальше — мощная система для использования при зондировании атмосферы на больших высотах и измерения озона в тропосфере, рядом — один из вариантов мини–лазеров. Потом Валентин Антонович в нагромождении приборов помогает увидеть уникальную вещь: недавно наши ученые первыми в мире получили генерацию лазерного излучения на новых кристаллах, активированных европием. В итоге вышло излучение в новом спектральном диапазоне — это принципиальный научный результат.


Другая лаборатория института — лазерной техники и технологий — в основном работает на экспорт. Поставляет лазеры в США, их заказывают французы, корейцы, россияне. Долго сотрудничали с Индией, Китаем. Оснащение здесь не хуже, чем за рубежом, например, в Германии. Применяется и моделирование на компьютере, и 3D–принтер для прототипирования и изготовления отдельных компонентов. За стеклом — «чистая комната», без пыли, которая при производстве лазеров только помеха. Насколько направление привлекательно для молодежи, говорит средний возраст сотрудников — 33 года. За прошлый год лаборатория заработала, в пересчете с валютных поступлений, 4 миллиарда рублей.

Использованием лазеров в медицине, особенно в лечении, белорусские ученые вплотную занялись одними из первых в мире, обращает внимание Валентин Орлович.

Валентин Орлович

— В свое время была хорошая группа Василия Мостовникова, к сожалению, уже ушедшего от нас. Да, его критиковали, потому что некоторые аспекты воздействия лазерного излучения на организм до сих пор непонятны. Оно лечит, но как и почему? Это вызывало недоверие. Сейчас появляется все больше экспериментально подтвержденных фактов, которые отвечают на эти вопросы. Теперь последователи Мостовникова, например, Виталий Плавский, заместитель директора Института физики, уже могут подбирать индивидуальную дозу лазерного воздействия на пациента, для чего надо точно знать, какие фотохимические и физические процессы при этом протекают. Мы научились это делать, оснастили лазерно–терапевтическими аппаратами клиники Беларуси и экспортируем их за рубеж, например, в Китай. В хирургии практикуются силовые методы применения лазеров. Есть хорошая школа использования лазеров в офтальмологии, например, Георгий Желтов предложил специальную методику для лечения помутнения глазного яблока. Образования, вызывающие его, надо разрушать. Способы были, но опасные. А он предложил изящное физическое решение, при котором температура внутри глазного яблока не повышается и не вызывает коагуляции белка. Работа входила в топ–5 лучших мировых достижений в области лазерной медицины.

Разработку новых типов лазеров предполагала и только что завершившаяся пятилетняя научно–техническая программа Союзного государства «Прамень», и госпрограмма по развитию методов и технологий современной оптики и лазерной физики для использования в промышленности, медицине, сельском хозяйстве, охране окружающей среды, обороне — Валентин Орлович руководил ее подпрограммой «Фотоника». Упор был сделан на разработку систем, которые отличались бы высоким КПД и небольшими размерами — это дает преимущества в сферах, где принципиальны малые габариты и энергопотребление. Например, в Институте физики создан мобильный лазерный эмиссионный анализатор «Спектр» — прибор, который позволяет изучать состав вещества на уровне атомов. Конечно, можно отпилить кусок металла и принести в лабораторию. Но если стоит задача оценить состояние арматуры в здании? На этих же принципах построены лазеры для исследования состава художественных произведений: например, изучив картину непосредственно в галерее, можно сделать вывод о времени ее создания.


«Фотоника» продлится и следующие 5 лет, в ней запланировано 26 проектов, в которых активно задействованы в том числе вузы. Например, в проекте по поиску новых, ранее неизвестных лазерных и нелинейно–оптических материалов участвуют группы академика Валентина Орловича, профессоров Николая Кулешова из БНТУ и Славомира Ануфрика из Гродненского университета.

Кстати

Работа ученых из Института физики, вошедшая в десятку самых важных научных результатов НАН Беларуси 2015 года, находится на стыке оптики и наноматериалов. Проблема такова: чтобы наблюдать или использовать некоторые эффекты преобразования длины волны лазера в другой диапазон, нужны очень большие мощности. Наши ученые совместно с российскими коллегами придумали, как их уменьшить. Поскольку с помощью материалов, существующих в природе, это было невозможно, были искусственно созданы специальные глобулярные кристаллы. Это кристаллическая фотонная структура, имеющая поры размером 10 нм, которые можно заполнять оптическими средами, что позволяет резко снизить параметры, необходимые для преобразования лазерного излучения.

Повод для гордости

Лазерное зондирование атмосферы с помощью лидарных комплексов для оперативного мониторинга окружающей среды — область, которой мы по праву можем гордиться. Созданные в лаборатории оптики рассеивающих сред Института физики лидары и программные продукты для обработки полученных данных считаются одними из лучших в мире и используются во многих странах. Лидарная станция Института физики входит в состав европейской сети, а несколько лет такой комплекс работал и в Антарктиде — мы одними из первых начали изучать состав ее атмосферы.

Факт

Президентские стипендии в этом году получили 16 талантливых аспирантов Академии наук. Среди них Анастасия Русак (на снимке). Стипендией отмечена работа по разработке лазеров, способных генерировать излучение на новой длине волны 703 нм, а также параметрических генераторов света, излучающих в безопасном для глаз спектральном диапазоне. К слову, родители Анастасии также в свое время работали в Институте физики.

vasilishina@sb.by

Советская Белоруссия № 35 (24917). Среда, 24 февраля 2016
Заметили ошибку? Пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter