Первый в мире твердотельный лазер ультрафиолетового диапазона с ап-конверсионной накачкой излучением видимого диапазона вот-вот создадут в КФУ. Этим фактом уже заинтересовались иностранные ученые.
Уникальный оптический квантовый генератор является «детищем» аспиранта Института физики Виктории Гориевой. Работа ведется в рамках двух проектов РФФИ. Тренд развития лазерной техники сегодня связан с использованием так называемых твердотельных лазеров с диодной накачкой. К ним относится и лазер, создаваемый Викторией. Такие лазеры обладают непревзойденными энергетическими и весогабаритными характеристиками, сохраняя при этом основные преимущества диэлектрических твердотельных лазеров на основе активированных сред. Профессор кафедры квантовой электроники и радиоспектроскопии КФУ, руководитель пяти научно-исследовательских проектов (в том числе и Оpen Lab «Функциональные материалы фотоники для биомедицинских и инфокоммуникационных применений») Вадим Семашко - один из главных специалистов в мире в области создания твердотельных лазеров ультрафиолетового диапазона - рассказал о том, в чем их особенность и в каких сферах нашей жизни находят применение такие лазеры. Он также поведал нам о своем успехе, причиной которому послужило счастливое стечение обстоятельств и нестандартное мышление. Его открытие позволило Казанскому университету совершить рывок и выйти на лидирующие позиции в мире в области ультрафиолетовой тематики.
на фото:Виктория Гориева проводит эксперимент
… А началось все в 1962 году, когда, спустя год после создания Т.Мейманом первого лазера на рубине, в Казанском университете при кафедре квантовой электроники и радиоспектроскопии была открыта научно-исследовательская лаборатория магнитной радиоспектроскопии и квантовой электроники, в настоящее время носящая имя С.А.Альтшулера, основной задачей которой явились исследования электронного парамагнитного резонанса и связанных с ним эффектов. Для этого нужны были кристаллы, и в этой лаборатории была создана группа синтеза фторидных кристаллов, в которую вошли сотрудники Казанского университета Л.Ливанова, М.Орлов, С.Кораблева и Р.Абдулсабиров. «Если бы тогда для исследования выбрали бы какие-либо другие объекты, то, скорее всего, никакого прогресса в области твердотельных ультрафиолетовых лазеров, как, впрочем, и твердотельных лазеров других диапазонов, у нас бы не было», - говорит Вадим Владимирович. С изучения фторидных кристаллов, активированных редкоземельными ионами, он начал свой путь в науку. Тогда, благодаря своему научному руководителю М.Дубинскому, В.Семашко загорелся идеей получить лазерную генерацию в ультрафиолетовом диапазоне. В качестве активных сред (основной элемент лазера, его «сердце») были выбраны несколько фторидных кристаллов по своим характеристикам наиболее подходящих для этой цели. «Но во время экспериментов выявилось огромное число паразитных эффектов, которые затрудняли или даже полностью исключали получение генерации, – разъясняет мне суть проблемы Вадим Владимирович. – Именно эти эффекты стали причиной отказа большинства ученых во всем мире от исследований твердотельных материалов в качестве активных сред для генерации излучения ультрафиолетового диапазона. А мы же, несмотря на многочисленные неудачи, не смирились и не переставали этим заниматься!»
И удача пришла. В середине 90-х годов в руки Семашко случайно попал выращенный в университете фторидный кристалл кольквириита (LiCaAlF3) с ионами церия. С традиционной точки зрения этот кристалл абсолютно не подходил для активации редкоземельными ионами. Но физик все же решил его исследовать. И оказалось, что этот «неподходящий» кристалл способен усиливать ультрафиолетовый свет при накачке излучением серийного лазера, а впоследствии на нем же была получена и лазерная генерация в УФ-диапазоне. «Это было чудо, воплощение мечты, которое трудно описать словами. Я был в эйфории от того, что увидел, ведь этого никто никогда на Земле не наблюдал!» - говорит Вадим Владимирович. Он сообщил об открытии своим коллегам и научному руководителю. Тот, хоть и не сразу, но поверил. А вот редколлегия научного журнала «Квантовая электроника» верить отказалась. Статью пришлось публиковать в иностранном журнале, благодаря чему весь мир узнал о совершенном в Казанском университете открытии. Ученые разных стран тут же ринулись заниматься этой тематикой – к исследованиям подключились наиболее мощные мировые исследовательские центры в Америке, в Европе и в Японии, с которыми до сих пор осуществляется совместная научная работа и происходит интенсивный обмен результатами экспериментов. Авторитет наших лазерщиков резко возрос. Еще бы: им удалось получить результат, в который никто в мире не верил.
По сей день наши исследования в этой области находятся на переднем крае науки. Только в прошлом году учеными лаборатории было опубликовано 17 статей по «ультрафиолетовой» тематике в журналах, входящих в базы данных Scopus и WoS. В целом же, наиболее значимые по данной проблеме публикации в настоящий момент претендуют на «классические» и имеют более 100 цитирований каждая!
Интерес к этой сфере исследований в мире необычайно высок. Лазерные технологии сегодня востребованы практически так же, как информационные.
Твердотельные лазеры ультрафиолетового диапазона (КФУ нет равных в мире в области их создания) находят применение в самых разных областях – от медицины до космических технологий. (Кстати, до ученых Казанского университета никто и никогда не занимался систематическими исследованиями фторидных кристаллов и в вакуумном ультрафиолете). «Ультрафиолетовое излучение весьма интересно для организации связи между спутниками, - объясняет Вадим Семашко, - так как при этом достигается высокая помехозащищенность, ведь в ультрафиолетовом диапазоне яркость Солнца намного меньше, чем в видимом или инфракрасном. Но здесь существует одна, пока нерешенная, проблема – весогабаритные характеристики таких лазеров еще далеки от требуемых. За рубежом УФ-лазеры также широко используются для зондирования атмосферы. Во многих крупных городах мира существуют, так называемые, лидарные станции, которые проводят мониторинг окружающей среды с помощью УФ-лазеров. К сожалению, Россия не может похвастаться распространением таких технологий…»
Как рассказал ученый, УФ-лазеры применяются также при реставрационных работах. С их помощью можно удалять различные наслоения (например, нагар), образующиеся со временем на объектах культуры, очищать различные экспонаты музеев, не повреждая ценные предметы. УФ-лазеры также крайне востребованы для микрообработки диэлектрических материалов. Так, например, обсуждается применение одного из созданных в КФУ лазеров для раскройки и обработки алмазов.
Использование УФ лазеров в медицине также сулит огромные возможности. Например, они весьма эффективны при лечении кожных заболеваний, таких как витилиго и псориаз.
«Два года назад в Институте физики КФУ была создана Open Lab «Функциональные материалы фотоники для биомедицинских и инфокоммуникационных применений», – сообщил Вадим Владимирович. - В этой лаборатории мы совместно с зарубежными учеными занимаемся проблемами синтеза новых кристаллов, разработкой активированных полимерных материалов. Кроме того, мы исследуем возможности создания композитных материалов на основе наночастиц фторидов. В частности, эти разработки ведутся совместно с учеными Института теоретической и физической химии Национального исследовательского фонда Греции (г. Афины). С одним из профессоров института Алкивиадисом Константиносом Кефалосом мы успешно работаем с 1991 года в том числе и над проблемой создания твердотельных лазеров, которые могут генерировать лазерное излучением в вакуумно-ультрафиолетовом диапазоне. Хочу особо отметить, что сотрудничество с ним и его институтом, позволило нам сохранить костяк коллектива и развивать свои исследования в 90-е годы, когда на науку в нашей стране не было средств. Мы выжили благодаря совместно полученным грантам и тому, что имели возможность работать на оборудовании наших греческих коллег и коллег из других стран».
на фото: В.Семашко и А.К.Кефалос
Произнеся эти слова, профессор Семашко представил мне присутствовавшего при нашем разговоре мужчину средних лет, который на протяжении почти двух часов нашей беседы работал за ноутбуком. Оказалось, что это и есть тот самый профессор Алкивиадис Константинос Кефалос, который приехал в университет для проведения совместной работы. Вот что сказал греческий ученый, который оказался еще и моим коллегой - журналистом, ведущим еженедельную колонку в афинской газете «Демократия»:
«Сотрудничество между Казанским университетом и Национальным исследовательским фондом Греции было установлено давно, в 1989 году. Мы проводим совместные исследования, публикуем совместные статьи в научных журналах. Сейчас мы вместе работаем в области применения нанотехнологий в медицине. Пока мы в начале пути. Мы будем развивать исследования в прикладной сфере, чтобы получить результаты, которые могли бы быть полезны обществу.
Как журналист, который пишет не только о науке, но и о политике, хочу сказать, что у Греции всегда были тесные связи с Россией. У нас общая культура. Несмотря на то, что Греция входит в состав Евросоюза, с которым у вашей страны сейчас сложились сложные отношения, 80% греков, согласно опросам общественного мнения, позитивно настроены по отношению к России. У нас также много выходцев из бывшего СССР. Мы сделаем все, чтобы наши отношения, в том числе научные, развивались».