Новости лазерных технологий.

Вячеслав Осико: «Мы точно впереди всех в области лазерных материалов».

Началось все 50 лет назад — с публикации в июне 1960 года в журнале Nature статьи о создании первого лазера на основе кристалла синтетического рубина. Эта технология многим тогда казалась чем-то невероятным, сошедшим со страниц «Гиперболоида инженера Гарина». Авторами идеи молекулярного квантового генератора были будущие нобелевские лауреаты — американец Чарлз Таунс и советские ученые Александр Прохоров и Николай Басов. С легкой руки последних при Физическом институте Академии наук (ФИАН) появился специальный отдел, позже превратившийся в Центр лазерных материалов и технологий академического Института общей физики, которым с самого его основания руководит Вячеслав Осико — ныне академик РАН, доктор физико-математических наук, профессор. Он уверяет, что и сегодня наша страна остается одной из двух мировых «лазерных сверхдержав» и может похвастаться невероятными разработками в этой области.

— Вячеслав Васильевич, вы помните, как все начиналось?

— В 50-е годы идея лазера буквально витала в воздухе. Все вокруг только и говорили о его создании. Правда, тогда он еще так не назывался. Это слово собрали из первых букв английской фразы light amplification by stimulated emission of radiation, что означает «усиление света с помощью стимулированного излучения». Теоретические основы были заложены еще Альбертом Эйнштейном и затем Полем Дираком в начале прошлого века, предсказавшими явление индуцированного, или вынужденного, излучения, существующего наряду с процессами обычного, или спонтанного, излучения. Мои учителя академики Басов и Прохоров сделали некоторые основополагающие выводы и решения. Например, Прохоров в 1955 году предложил идею открытого резонатора, что позволило создавать генераторы не только микроволновые, но и видимой области спектра. На пару с Басовым они придумали новый вид их накачки — так называемый метод трех уровней, резко повышавший возможности использования различных сред. В ФИАНе активно обсуждались идеи с использованием синтетического рубина, исследовались электронные переходы в его кристалле, и к появлению лазера уже все было готово.

— Почему же он сначала появился в США?

— То, что его сделали первыми американцы, причем с очень небольшим опережением, стало чистой случайностью. Для построения лазера необходимо было научиться создавать новые материалы. Требовались также высокоточные методы их обработки с такой чистотой, о какой раньше не слышали. Сделать все это на коленке, без перестройки промышленности было нереально. Следовало создать множество новых методов, которые раньше у нас не применялись, но именно они и являются основой того, что сегодня мы называем высокими технологиями. Буквально за 10 лет все это в СССР создали, появились новые институты, производства материалов, необходимые специалисты. Лазерные технологии в нашей стране развивались исключительно бурно. Между СССР и США шло настоящее соревнование за создание гиперболоида — принципиально нового вида оружия, способного поражать противника на огромном расстоянии. Американцы, например, проводили эксперименты, в которых им удавалось проделывать отверстия в корпусе летящего самолета — и он разбивался вдребезги. Без людей, конечно, но если бы они там были, им бы не поздоровилось.

— О каких расстояниях речь?

— Десятки и сотни километров.

— А у нас такие эксперименты проводились?

— В советские годы по распоряжениям Cовмина и ЦК партии создавались мощные лазерные системы, и мы участвовали в этих работах. Первые эксперименты были связаны именно с тем, что по заказу армии пробивали отверстия в различных металлах. Военным неймется, и эти идеи живут до сих пор. Пока глобальных результатов не достигнуто. Нужны очень мощные системы, излучающие сотни киловатт энергии. Пока же военные вовсю используют лазеры в качестве целеуказателей, систем наведения, различных дальномеров, которые облегчают действия в боевой обстановке.

— Однажды главный офтальмолог Московской области профессор Алла Рябцева рассказывала мне о так называемом Шатурском феномене — необычном явлении, когда в результате наблюдения за странным светящимся объектом над озером несколько местных жителей частично или полностью потеряли зрение. Многие грешили на находящийся поблизости Лазерный центр, полагая, что странное свечение было результатом его секретных экспериментов в военных целях.

— В Шатуре действительно есть Лазерный центр, но там производят газовые образцы техники, а они невидимые и не дают эффекта свечения. Правда, при мощном импульсном излучении может произойти пробой в атмосфере. Но такое явление существует доли секунды — как молния. Наблюдать его длительное время, как некий НЛО, нельзя. Скорее всего это было атмосферное явление. Над болотами и озерами из-за выделения газов часто образуются метановые огни, возникает эффект линзы. Это может быть неприятно и даже опасно для глаз.

— Какие свойства лазера позволили приспособить его для мирных целей?

— Во-первых, высокая плотность его мощности позволяет проводить различные виды обработки материалов, причем самых прочных, — резку, сварку, обжиг. Во-вторых, лазерное излучение хорошо взаимодействует с биологическими тканями, в том числе с тканями человека, что позволяет использовать его в хирургии, терапии. Другое направление — связь. Очень важная ступень была в свое время преодолена Жоресом Алферовым, тоже соратником Прохорова. Ему впервые удалось получить так называемые гетероструктуры — слоистые полупроводниковые структуры, которые генерируют лазерные излучения, будучи организованы в очень малом объеме. Образцы, созданные Алферовым и его школой, широко используются во всех медиасредствах. Очень важно использование лазеров и в экологии. Дело в том, что они могут взаимодействовать с различными примесными молекулами, в том числе на больших расстояниях. Благодаря прозрачности атмосферы такой луч достигает верхних ее слоев и «вычисляет» вредные и опасные для людей молекулы. Подобные лазеры уже созданы. Это так называемые лидары, основанные на регистрации рассеянного излучения.

— Сейчас мы впереди или позади планеты всей в лазерных технологиях?

— Мы точно впереди всех в области лазерных материалов. За эти 50 лет мы сделали много активных сред, на основе которых создаются лазеры разных типов. В частности, мы впервые в мире вырастили кристаллы флюорита с диспрозием. Лазеры на их основе в течение длительного времени считались самыми мощными в мире. Позже нами были созданы лазеры среднего инфракрасного диапазонов. Эти работы оказались крайне важными. Дело в том, что в земной атмосфере есть так называемые окна прозрачности. Атмосфера прозрачна в области видимого света, благодаря чему солнечный свет достигает поверхности Земли и на ней существует жизнь. Есть такие «окна прозрачности» и в других областях спектра. Очень актуально создание лазеров, которые могли бы попасть в это «окно», достичь верхних слоев атмосферы и исследовать ее состав — скажем, газы, испускаемые летящими объектами, в том числе ракетами и самолетами. Или еще одна интересная задача — создание так называемой искусственной натриевой звезды. Известно, что вокруг Земли на высоте около 90–100 километров находится слой нейтральных атомов натрия. И если направить луч в эту часть верхних слоев атмосферы, то атомы натрия возбуждаются, начиная излучать желтый свет. И загорается своеобразная желтая звезда — очень, кстати, красивая. Астрономам она нужна для корректировки оптики наземных телескопов, в работу которых земная атмосфера вносит большие искажения, шумы и помехи.

Кроме того, у нас ведутся пионерские работы в области перестраиваемых лазеров, частота излучений которых плавно меняется в широких пределах. Перспективы их применения поистине неисчерпаемы. Ведь все существующие сегодня лазеры — как твердотельные, так и самые мощные газовые — обладают монохроматическим излучением, а значит, не попадают в резонанс поглощения атомных объектов, разнородных по своей природе. Перестраиваемый же лазер может использоваться практически везде — от исследований атмосферы до разработки новых суперсовременных информационных технологий.

— Не секрет, что все эти годы между ведущими лазерными державами мира велась гонка за КПД. Кто обогнал?

— Она продолжается. Первые лазеры действительно обладали очень низкой энергетической эффективностью — максимум один процент. Для того чтобы питать такой лазер, нужны были огромное сооружение, конденсаторы, другие технические устройства, и это очень неудобно. С самого начала стояла задача повышения КПД. Мы разработали теоретические основы и провели эксперименты, позволившие создать материалы, на основе которых появились лазеры с КПД 10 и более процентов. А сейчас ведутся работы по созданию образцов с качественно иным способом накачки. Раньше они накачивались с помощью так называемых ламп с широким спектром излучения, а сейчас используется полупроводниковая накачка с узким спектром, которая позволяет увеличить КПД уже до 50 процентов. В результате лазеры стали более компактными, работоспособными, транспортабельными. Это общемировая тенденция, но здесь мы, увы, не занимаем лидирующего положения.

— А веяния моды вас касаются? За нанотехнологиями, например, гонитесь?

— Это естественная необходимость. Сейчас идет сращивание нанотехнологий и лазерной физики. Уже создаются совершенно новые активные среды на основе так называемой оптической керамики. До сих пор все твердотельные лазеры в основном строились на стеклах или кристаллах, то есть объектах, имеющих периодическую структуру. В последнее время выяснилось, что можно делать необычные прозрачные керамики, каких в природе не существует. Для их получения как раз и требуются нанотехнологии. У нас создана фторидная лазерная керамика. По своим характеристикам она ничуть не уступает кристаллу, но имеет значительно большую механическую прочность, что очень важно. Когда огромные мощности взаимодействуют с кристаллической решеткой, происходят нагрев кристалла и его деформация вплоть до разрушения. Это ограничивает мощность и практическое использование лазерных элементов. Создание керамики снимает проблему. Кристаллическая решетка практически не разрушается, и, кроме того, мы получаем свободу действий. В отличие от хрупкого и плохо поддающегося «лепке» кристалла можно, например, создавать формы больших размеров. Не погрешу против истины, если скажу, что в этом направлении мы являемся лидерами.

— В свое время мировую известность вашему центру принесла принципиально новая и отчасти парадоксальная технология высокотемпературных материалов, полученных путем плавления в холодном контейнере. Именно так в 1970 году вы синтезировали фианиты — синтетические бриллианты. Еще один юбилей: фианитам, успешно заменившим лучших друзей девушек, исполнилось 40 лет!

— Кстати, присматривая себе колечко с этим кристаллом, мало кто задумывается, что названы они в честь ФИАНа, в стенах которого синтезированы. Мы, конечно, делали их не для ювелирных целей — нашей задачей были новые лазерные материалы. Но фианиты себя не оправдали. Однако выяснилось, что кристаллы диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, с температурой плавления, близкой к трем тысячам градусов (это и есть фианит), практически ничем не уступают природному алмазу, близки к нему коэффициентом преломления и дисперсией. Мы сразу подметили, как они красивы — блестят, переливаются, играют в лучах света… Эти качества определили полученный кристалл как идеальный имитатор алмаза, который можно использовать для изготовления, например, хирургических инструментов, как материал подложки для полупроводниковых соединений. Но его применение в ювелирном деле сыграло решающую роль. Своим изобретением мы заработали для страны большие деньги.

— Сегодня многие весьма пессимистически оценивают положение дел в российской науке. А вы?

— Ситуация, на мой взгляд, достаточно тревожная. Идет серьезная кампания против Академии наук. Ясно, откуда дует ветер. Была большая группа политиков, которые просились в академию. Одно время дверь ломилась от их натиска, но их не приняли, и они превратились в заклятых врагов академии, стараются ее дискредитировать, доказать, что там ничего важного и нужного не делается.

— Может быть, инновации спасут науку?

— Инновация — это улица с двухсторонним движением. Есть тот, кто ее предлагает, и тот, кто ее воспринимает. Причем инициатива должна быть у того, кто приобретает, требует от ученого идей. Ученый не может и не должен обивать чиновничьи пороги, пытаясь доказать, как ценна и важна его идея. Тогда ему некогда будет заниматься наукой. Американцы идут по другому пути. Если университетский ученый разработал какое-то патентоспособное изобретение, он часто организует фирму в рамках университета. Когда она раскручивается, приобретает известность, он ее продает более крупной фирме, а потом или возвращается в университет, или включается в бизнес. У нас же другая схема: разработчики сами по себе, и промышленность сама по себе. Академические ученые занимаются фундаментальными исследованиями, и никому их идеи не нужны. Промышленность пока не воспринимает инновационные идеи. Такая проблема, правда, существовала и в советские годы. К сожалению, мало что изменилось.

— То есть это непродуманная схема?

— Или, наоборот, очень хорошо кем-то продуманная.

Источник: nanometer.ru, «Итоги». Автор: Наталия Лескова.

.