В России ведутся разработки квантово-каскадных лазеров, которые позволят решить проблему связи в самых труднодоступных регионах со сложными метеоусловиями, включая Арктику.
Вопрос связи в труднодоступных регионах со сложными метеоусловиями всегда был острым. В прошлом он решался только при помощи радиосвязи. Так, первая в мире арктическая дрейфующая станция «Северный полюс — 1» располагала радиостанцией «Дрейф». Она содержала два передатчика мощностью 20 и 80 Вт, работающих на коротких и длинных волнах, в её конструкции было применено оригинальное устройство, которое позволяло перекрыть диапазон от 20 до 60 метров.
Значение связи было огромным: радиостанция позволяла экспедиции Папанина не затеряться в огромной пустыне Ледовитого океана, передавать на Большую землю метеосводки, сообщить, когда льдина, на которой находились полярники, истончилась и раскололась. Радиостанция «Дрейф» хранится в Политехническом музее: через семь лет после завершения экспедиции её передал музею радист папанинцев, опытнейший полярник Эрнст Кренкель.
Позже на помощь полярникам пришла спутниковая связь. Сейчас она наряду с радио остаётся основной в Арктическом регионе. Ещё одним перспективным направлением является оптическая связь при помощи лазеров. Эта технология обеспечивает передачу данных от нескольких километров между наземными системами до сотен миллионов километров в космосе (при скорости в 10–100 раз выше, чем у радиосвязи). Главное препятствие связи по лучу — сложные метеоусловия, например туман или снежная пурга. Теоретически с ними должны успешно справляться полупроводниковые квантово-каскадные лазеры, излучающие в среднем и дальнем инфракрасном диапазоне спектра.
Идея такого устройства была впервые сформулирована в начале 1970-х советскими физиками Рудольфом Казариновым и Робертом Сурисом, сотрудниками Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе. Первые лазеры такого типа были реализованы лишь в середине 1990-х. Эта технология и сейчас является чрезвычайно сложной. В предложенных вариантах длина волны излучения зависит только от толщины слоя кристаллов, а не от составляющих материалов, как в случае традиционных лазеров, что позволяет создавать лазеры с очень широким спектральным диапазоном — от 3 до 160 микрон.
Институт по заказу Научно-исследовательского института «Полюс» имени М.Ф. Стельмаха продолжает работу над этой технологией. Главный научный сотрудник ФТИ имени А. Ф. Иоффе, профессор РАН Григорий Соколовский сообщил, что российскими специалистами уже разработаны одночастотные лазеры. Вместе с тем, по словам учёного, для решения задачи метеоустойчивой связи нужен не только лазер с необходимой длиной волны, нужны ещё мощность и частота модуляции, обеспечивающие необходимые дальность и скорость передачи. Кроме того, потребуются чувствительные приёмники и системы для наведения луча. «Это отдельный обширный проект, к которому подключаются ведущие российские исследовательские институты», — отметил профессор Соколовский.
Осенью 2025 года квантово-каскадный лазер с длиной волны около 8 микрометров, созданный институтом, обеспечил передачу и приём информации со скоростью 0,1 Гбит/сек в натурных условиях.
Новая технология полезна не только при освоении Арктики. В сельском хозяйстве квантово-каскадные лазеры можно использовать для мониторинга полей, в транспортной сфере — для контроля качества топлива, в здравоохранении — для анализа воздуха и обнаружения инфекций, в промышленности — для технологического контроля на огромных территориях.