Исследовательские работы по выращиванию лазерных кристаллов в городе Тарусе

Что такое лазер, в настоящее время известно в общих чертах широкому кругу людей. Ведь простейшие лазеры уже много лет используются в медицине, видеотехнике, дальномерах, красочных лазерных шоу и даже в игрушках, где применяют красное лазерное излучение.

Однако развитие лазерной техники идет очень быстро, ведь только полвека назад в лабораторных условиях получено лазерное излучение. Благодаря работам российских ученых Н. Г. Басова и А. М. Прохорова, американца Ч. Таунса были разработаны основы оптического квантового генератора — лазера, за что им троим и присуждена Нобелевская премия.

В качестве активных сред лазеров используются диэлектрические кристаллы и стекла, полупроводниковые кристаллы, газы, неорганические жидкости и растворы красителей, благодаря чему созданы устройства, генерирующие излучение от ультрафиолета и видимой области спектра до инфракрасной области. Активные среды на основе различных диэлектрических кристаллов являются наиболее эффективными для создания лазеров, так как сочетают малые габариты с большой эффективностью.

Разработка новых твердотельных лазеров является одной из приоритетных задач Института общей физики Российской академии наук {ИОФ РАН), созданного одним из разработчиков лазеров А. М. Прохоровым, носящего сейчас его имя.

Поскольку сердцем твердотельных лазеров является кристалл, а свойства лазера такие, как эффективность, длина волны излучения, габариты, зависят от свойств кристаллов. Институту необходимо было начать поиск новых лазерных кристаллов, для чего и создавалась соответствующая база в Тарусе.

Вопрос о создании подразделения ИОФ РАН в городе Тарусе первоначально был поставлен в 1976—1978 годах при начале строительства СКБ космического приборостроения ИКИ АН СССР в Тарусе. Однако реально эти работы были начаты только в 1988 году, когда вышло постановление Президиума Академии наук и был организован Тарусский филиал института и приехали первые специалисты в данной области знаний.

Организация работ, создание лаборатории по экспериментальному поиску новых лазерных материалов и разработке технологии роста опытных образцов кристаллов были поручены Владиславу Александровичу Маслову, ранее возглавлявшему подобную лабораторию в Новосибирском Академгородке. В. А. Маслов кандидат технических наук, специалист высокого класса, автор девяноста научных работ.

В связи с задержкой ввода в эксплуатацию соответствующего корпуса для лаборатории кристаллов, ИОФ РАН арендовал в ПЛ №34 города Тарусы подвальные помещения, а затем отдельную пристройку к корпусу лицея. В 2001 году эта пристройка передана в оперативное управление ИОФ РАН. Некоторое время работы по выращиванию искусственных кристаллов проводились на территории СКБ КП ИКИ по договору о совместных научно-технических работах между ИОФ РАН и СКБ КП. Это пришлось как раз на самые кризисные в жизни страны годы, и в лаборатории вынуждены были выращивать ювелирные кристаллы: изумруд, сапфир, рубин. Благодаря этому удалось пережить сложный период перестройки.

Учитывая соседство с учебными аудиториями и близость жилого сектора города, исследования лаборатории сосредоточены на простых по составу, безвредных, но очень интересных в практическом значении кристаллах, например, кристаллы фосфата калия — титана (КТР), которые были известны и стали служить эффективными преобразователями инфракрасного излучения в видимое зеленое излучение. Но очень трудно было получить кристаллы объемом более одного кубического сантиметра. Поэтому первой задачей лаборатории было разработать технологическое оборудование для получения кристаллов большего объема. На предприятиях Тарусы и Калуги специальное оборудование было изготовлено.

И началась отработка, оптимизация технологического процесса. Через два года от начала исследовательских работ были получены крупные, до десяти кубических сантиметров оптически однородные кристаллы КТР, эффективность преобразования ИК-излучеиия которых была в несколько раз лучше, чем у известных ранее нелинейнооптических кристаллов. КТР — это пьезоэлектрический кристалл, у которого существуют электрические домены. И если у доменов часто меняется знак заряда «плюс» и «минус», то коэффициент преобразования кристалла падает, в кристалле растут потери, и большой мощности излучения через него уже не пропустишь. Поэтому нужно выращивать как можно более однородные кристаллы с большими доменами одного электрического знака. А это требует поддержания температуры в печах с точностью до 0,5 градуса на уровне 1000 градусов и бесперебойного электропитания в течение всего роста кристалла, что может длиться до двух-трех месяцев.

Появились заказы на изготовление оптических элементов из кристаллов КТР от медиков, астрономов, специалистов, изготавливающих различные дальномеры. Исследования, выполненные в Тарусе, открыли новый и до сих пор используемый в технике лазерный кристалл. Установлено и проверено практически, что кристаллы КТР могут служить в качестве ионо-селективного электрода для анализа содержания калия в крови.

В настоящее время лаборатория выполняет как фундаментальные научные исследования по поиску, синтезу новых лазерных материалов, так и решает прикладные научно-технические задачи по отработке технологии получения кристаллов и создания новых установок для их выращивания и разработке, изготовления электронных приборов для установок и изучения свойств полученных кристаллов.

Результаты научно-исследовательской деятельности лаборато рии представлялись докладами на национальных и международны конференциях и симпозиумах, опубликованы в различных науч ных журналах, препринтах и отчетах ИОФ РАН. Опытные образцы кристаллов, полученные в Тарусе, используются при создании при боров для медицинских целей (литотрипсия, офтальмология, ми крохирургия и пр.) и в военной технике.

В последние годы лаборатория выполняет особо важные работы по отечественному и международному грантам. Выполнен рад фундаментальных исследований по получению принципиально новых лазерных материалов. Лаборатория работает в составе отде ла «Нанотехнология» Научного центра лазерных материалов и технологий ИОФ РАН. Тематика лаборатории включена в России ский национальный проект по нанотехнологиям.

Лабораторию часто посещают учащиеся школ, лицеисты и про сто интересующиеся жители Тарусы. Проводится пропаганда оте чественной научной мысли и техники, что способствует возраста-нию интереса молодежи к технике.

В.В. Щербаков