Институт повышения квалификации и переподготовки кадров по новым направлениям развития техники, технологии и экономики

ИСТОРИЯ

Научно-исследовательская лаборатория «Лазерные кристаллы» (НИЛ ЛК) была создана в 1990 году по инициативе доктора физико-математических наук, профессора Г.С. Круглика. До создания НИЛ ЛК в Республике Беларусь отсутствовало научное направление, связанное с поиском, выращиванием и исследованием свойств новых лазерных сред, что тормозило развитие работ по созданию лазеров и лазерных систем. Несмотря на то, что первый лазер был создан всего пятьдесят лет назад, он привел к цепной реакции идей по широкому использованию лазеров в многообразной человеческой деятельности. Сейчас они активно применяются в медицине, в авиа- и машиностроении, в науке и военном деле, в полупроводниковой промышленности и в космосе. Вместе с тем процесс развития лазерной техники все еще весьма далек от своего завершения и каждый год исследований в этом направлении приводит к появлению новых лазерных систем для уникальных практических применений. В последнее время получили бурное развитие несколько направлений, связанных с использованием лазеров.

Фемтосекундные лазеры (фс = 10-14 с) успешно применяются в сверхмощных ускорителях заряженных частиц, они развивают мощность в импульсе, равную в 1 петаватт (ПВт = 1015 Вт), что превышает суммарную мощность всех электростанций мира! А плотность потока энергии в импульсе доходит до 1023 Вт/см².

Подобные лазеры также используются для поджига термоядерного топлива (вместо ядерного взрыва), для инициирования реакции синтеза. НИЛ ЛК в свое время выиграла Европейский тендер на поставку кристаллов сапфира, активированных титаном, для создания подобного лазера. В Англии ведется строительство электростанции, которая будет работать на термоядерном топливе с использованием мощных лазеров для инициирования реакции термоядерного синтеза.

Из краткого перечисления примеров применения твердотельных лазеров видно, насколько важным является научное направление, которым занимается НИЛ ЛК.

Руководителем лаборатории «Лазерные кристаллы» со дня ее основания по 2018 год являлся кандидат технических наук Матросов Владимир Николаевич, который был приглашен для развития этого направления из Института монокристаллов Сибирского отделения Академии наук России.

Матросов Владимир Николаевич, кандидат технических наук

Матросовым В.Н. в 1973 году были впервые выращены кристаллы александрита, на которых совместно с сотрудниками Института кристаллографии АН СССР была впервые получена перестраиваемая оптическая генерация при комнатной температуре, что положило начало новому научному направлению: «Поиск, выращивание и исследование свойств кристаллов, перестраиваемых при комнатной температуре». Данное направление успешно развивается по настоящее время его учениками.

Под руководством Матросова В. Н. разработаны более 30 типов кристаллов, которые находят широкое применение в медицине, науке, телекоммуникациях, лидарах, дальномерах, в системах автоматического управления летающих аппаратов, военном деле и для научных исследований. Результаты его научных исследований, разработок описаны в более 200 статьях по данной тематике и закреплены в 20 авторских свидетельствах на изобретения.

За цикл работ, выполненных в НИЛ ЛК «Лазерные кристаллы: технология выращивания, исследование и внедрение в практику» Владимир Николаевич в 2008 году выдвигался на соискание Государственной премии по науке и технике Республике Беларусь.

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

Основными задачами НИЛ ЛК являются:
• поиск и исследование новых лазерных сред;
• выращивание кристаллов и исследование их свойств;
• изучение дефектообразования в кристаллах и разработка методов их устранения;
• разработка технологий получения кристаллов методом Чохральского и внедрение их в производство;
• выращивание и исследование свойств ювелирных кристаллов.

РУКОВОДСТВО

Заведующий лабораторией – Гоман Вячеслав Иванович

В НИЛ «Лазерные кристаллы» проведен большой объем научных исследований, в результате чего была разработана технология выращивания целой серии лазерных кристаллов, таких как александрит, сапфир, активированный титаном, магниевая шпинель, активированная кобальтом, форстерит, ванадаты иттрия и гадолиния. Параллельно освоена технология выращивания и ювелирных кристаллов: александрита, рубина, красной и голубой шпинели, танзанита. Технологии выращивания перечисленных кристаллов внедрены на научно-производственном предприятии «Соликс» (Республика Беларусь), которое успешно выращивает кристаллы и реализует их в странах ближнего и дальнего зарубежья. Важно отметить, что за время своего существования лаборатория развивалась без привлечения госбюджетных средств, а только за счет самофинансирования.

Кристаллы НИЛ ЛК используются в компаниях, выпускающих лазеры в странах СНГ и дальнего зарубежья: России, Украине, США, Германии, Англии, Японии, Кореи и других. Лаборатория имеет давние научные связи с Сибирским отделением Российской академии наук, Институтом кристаллографии и Институтом общей физики имени А.М. Прохорова Российской академии наук, институтами Национальной академии наук Беларуси.

Сотрудниками НИЛ ЛК опубликовано более 200 научных работ, в том числе получено 20 авторских свидетельств на изобретения. Цикл научно-исследовательских работ, выполненных в НИЛ ЛК, в 2008 году выдвигался на соискание Государственной премии по науке и технике Республики Беларусь.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ГОСБЮДЖЕТНЫХ НИР

• построена последовательная, непротиворечивая теория решеток пространственного заряда, возбуждаемых стоячей световой волной в фоторефрактивных (ФР) кристаллах при наличии постоянного внешнего электрического поля. При этом выяснен механизм осуществления колебаний заряда и свободных носителей;
• обнаружен эффект невзаимности в кинетических явлениях в ФР кристаллах донорного типа при малой концентрации акцепторов.
Полученные результаты имеют фундаментальное научное значение в электродинамике и представляют практический интерес в плане разработки новых оптоэлектронных устройств записи и считывания информации (научный руководитель – д.ф-м.н. Гусак Н.А., задание ГКПНИ «Фотоника-2.07»).
• разработана технология синтеза и выращивания кристаллов силикатов Gd₂SiO₅, Y₂SiO₅ и Y_1,8Gd_0,2Si₅, активированных ионами Er³⁺ и Yв³⁺, которые имеют перспективу использования в лазерах, генерирующих излучение на длинах волн 1,5-1,6 мкм, что особенно важно для измерительной техники, в частности, при разработке лазерных дальномеров;
• выращены кристаллы YVO₄:E₂³⁺, исследованы их спектроскопические и генерационные характеристики, показавшие высокую эффективность их как перспективных лазерных кристаллов для получения генерации на длинах волн 1,5-1,6 мкм.
Эти результаты также имеют исключительное значение для лазерно-измерительной техники, так как позволят в перспективе заменить используемые сейчас лазерные дальномеры на фосфатном стекле, которые не обладают высокой оптической стойкостью, имеют ограничения по мощности и другие недостатки (отдельный проект НИР, научный руководитель – к.т.н. Матросов В.Н.).

Кристаллы, выращенные по разработанным в НИЛ ЛК технологиям, отличаются высоким качеством, оптические потери в них составляют менее 0,001 см^-1. Такие кристаллы используются белорусскими предприятиями «Лотис», «ЛЭМТ», «Пеленг» и другими, выпускающими лазеры. Этим самым решается важная для развития лазерно-оптического производства в республике народно-хозяйственная задача – импортозамещение.

Ювелирные кристаллы, выращиваемые по технологиям НИЛ ЛК, также отличаются высоким качеством. Все они, кроме танзанита, являются полными аналогами природных образцов и пользуются спросом на международном рынке. Лаборатория готова поставлять лазерные и ювелирные кристаллы всем заинтересованным организациям, а также может предложить им для внедрения технологии выращивания перечисленных кристаллов.

ЛАЗЕРНЫЕ И ЮВЕЛИРНЫЕ КРИСТАЛЛЫ, ВЫРАЩЕННЫЕ ПО РАЗРАБОТАННЫМ В НИЛ ЛК ТЕХНОЛОГИЯМ:

Александрит (BeAl₂O₄:Cr³⁺) (pdf, 1.18MB)
Шпинель (MgAl₂O4:Co²⁺) (pdf, 1.11MB)
Ванадат гадолиния (GdVO₄) (pdf, 1.09MB)
Комбинированные кристаллы (YVO₄/Nd³⁺:YVO₄) (pdf, 1.07MB)
Форстерит (Mg₂SiO₄:Cr⁴⁺) (pdf, 0.96MB)
Ti:сапфир (Al₂O₃:Ti³⁺) (pdf, 1.09MB)
Ванадат иттрия (YVO₄) (pdf, 0.78MB)
Ванадат иттрия (YVO₄) активированный эрбием (Er³⁺) и иттербием (Yb³⁺) (pdf, 0.97MB)
Рубин (Al₂O₃:Cr³⁺) (pdf, 1.25MB)
Александрит (BeAl₂O₄:Cr³⁺) (pdf, 1.27MB)
Танзанит (pdf, 0.94MB)
Голубая (MgAl₂O₄:Co²⁺) и красная (MgAl₂O₄:Cr³⁺) шпинель (pdf, 1.00MB)