Ученые СКФУ разработали уникальные технологии создания керамических активных сред, которые благодаря улучшенным теплофизическим свойствам заменят монокристаллы в твердотельных лазерах.
Сфера научных технологий давно сместилась в наномир. Борьба технологий идет на уровне атомной решетки. Ученые научно-исследовательской лаборатории технологии перспективных материалов и лазерных сред СКФУ решают задачи создания нового вида активных тел на основе оптической керамики для мощных и эффективных лазерных систем.
В этом году была оснащена лаборатория, и это первые результаты трехлетнего плана фундаментальных исследований. Научная команда лаборатории совершенствует технологию синтеза оптической керамики для микроэлектроники, оптики и фотоники. Работа идет в рамках государственного задания и трех проектов Российского научного фонда (РНФ).
Совершенствование лазерных систем, предложенное учеными СКФУ, может иметь широкое применение в промышленности, обработке материалов, в медицинских лазерах, системах связи, в том числе космической. Устойчивый рост лазерной промышленности год от года только набирает обороты. В высшей лиге лазерной техники лидируют Китай, США, ФРГ, Япония, Великобритания.
– Разработки ученых СКФУ в области перспективных материалов для микроэлектроники, оптики и фотоники имеют важное значение для развития отечественных лазерных технологий, позволяют не только решать задачи по импортозамещению, но и планомерно выходить на экспортные мировые рынки. Уверен, что предложенные учеными университета технологии вызовут достойный интерес у производителей, – отметил ректор СКФУ Дмитрий Беспалов.
В качестве активной среды твердотельных лазеров (поясним, что активное тело может быть и жидким, и газообразным, и твердотельным) обычно используется монокристалл. Этот однородный материал уже давно научились выращивать искусственным образом и активно применяют, в том числе в лазерной технике. Лазеры на керамике представляют собой более перспективное направление, поскольку позволяют получать выходную мощность, превосходящую во много раз лазеры на основе монокристалла. Керамика лучше выдерживает термонагрузки и должна прийти на смену монокристаллам.
Как пояснили в лаборатории СКФУ, керамика представляет собой поликристаллическое тело, образованное сросшимися наночастицами. В лабораторных условиях ученым удалось полностью создать прототип производственного цикла: от синтеза нанопорошков из отечественного сырья до процесса спекания керамики.
– Мы делаем лазерные активные среды, состав которых невозможно получить в виде монокристаллов. Мы разработали в России систему полного цикла, используя отечественное сырье, которое может быть использовано в промышленности, – отметил Виталий Тарала, заведующий научно-исследовательской лабораторией технологии перспективных материалов и лазерных сред СКФУ.
При переходе на твердотельные лазеры на основе керамики решаются сразу несколько задач: эта технология дешевле, поскольку можно изготавливать сразу изделие заданной геометрии, используя более доступные и менее дорогие материалы. Так, например, в отличие от технологий выращивания монокристаллов, в технологиях керамики не используются тигли из иридия, одного из самых редких и дорогостоящих элементов на Земле (дороже золота и платины). Лазерные характеристики керамики также превосходят монокристаллические аналоги. Так, термофизические свойства лазерной керамики демонстрируют повышенную устойчивость к разрушению. Керамика считается очень высокоэффективной для создания более мощных лазеров.
В сфере разработки и совершенствования технологии оптической керамики учеными СКФУ зарегистрировано 8 патентов. На базе индустриального партнера ООО НПФ «Экситон» будет отработана технология производства оптической керамики.
Справочно: в научно-исследовательской лаборатории технологии перспективных материалов и лазерных сред СКФУ трудятся 14 сотрудников, из них – 5 кандидатов наук и более половины состава – молодые ученые. Исследования соответствуют приоритетам Стратегии научно-технологического развития России.