Впервые в России химики Университета Лобачевского получили прозрачную керамику со структурой фторапатита для лазеров ближнего ИК-диапазона. «Выстрел» таким лазером в тучу воздушных отходов позволит определить концентрацию вредных веществ в атмосфере. В медицине подобные установки широко применяются для малоинвазивных операций в хирургии и косметологии. Их импульсы не сжигают, а испаряют кожу при разрезе. Кроме того, лазеры ближнего ИК-диапазона могут использоваться для накачки более длинноволновых лазерных установок.
«Фторапатит (Ca5(PO4)3F) – аналог костной ткани. В этом классе химических соединений можно менять элементы в узлах кристаллической решетки, заменив кальций на стронций, а фосфат-ионы – на арсенаты и так далее. Изменение состава материала настраивает длину волну генерации лазера под конкретную задачу», – сообщил автор исследования, заведующий лабораторией оптических керамических материалов ННГУ имени Н.И. Лобачевского Дмитрий Пермин.
Большинство современных лазеров работают на стеклах или монокристаллах. Коммерческих производств «керамических» лазеров в мире пока нет, установки активно разрабатываются учеными США, Китая и Японии. Поликристаллическая структура керамик упрощает технологии изготовления, снижает стоимость и при этом повышает надежность лазерных систем.
Однако, чтобы керамика на основе фторапатита была прозрачной и не рассеивала проходящий свет, необходимо ограничить размер зерен на уровне 100-200 нм. С помощью технологии горячего прессования химики ННГУ создали поликристаллы, которые способны стать основой для лазерных сред нового поколения.
«Для создания активной лазерной среды нужен материал основы (матрица) и добавка, дающая люминесценцию. Мы освоили методику получения плотного оптически прозрачного фторапатита стронция и планируем синтезировать лазерные материалы с активными ионами гольмия и эрбия, генерирующими излучение в диапазоне 2-3 мкм. Конечным итогом разработок должна стать лазерная установка на полученных нанокерамиках», – сообщил Дмитрий Пермин.
Результаты исследований коллектива лаборатории, основу которого составляют аспиранты и студенты ННГУ: Марсель Назмутдинов, Виталий Кошкин, Сергей Мельников, Ольга Постникова, опубликованы в журнале Inorganics в 2023 году. Разработки проходят в рамках федеральной программы стратегического академического лидерства программы «Приоритет 2030».