eng
В декабре 2010 года состоялось общее собрание Российской академии наук (РАН), приуроченное к 50-летию лазерной промышленности. На нем рассматривались современные достижения в создании лазеров, а также ключевая роль электронной промышленности в развитии отраслевых технологий. В статье рассказывается о наиболее важных темах, затронутых в выступлениях участников собрания.
Выступление директора Научного центра волоконной оптики РАН академика Е. М. Дианова было посвящено развитию волоконно-оптической и лазерной индустрии. Отмечалась перспективность промышленного производства фемтосекундных волоконных лазеров, применяемых в прецизионных и компактных оптических часах, в биологии и медицине, для формирования микро- и наноструктур, в астрофизике для определения скорости расширения Вселенной с точностью 1 см/с и поиска экзопланет, а также для прецизионной обработки различных материалов.
Доклад лауреата Государственной премии РФ в области науки и технологий за 2009 год, заведующего лабораторией Института ядерной физики им. Г.И.Будкера Сибирского отделения РАН, д. ф.-м. н., профессора Н. Н. Винокурова касался перспектив создания лазеров на свободных электронах (ЛСЭ). В работе, выполненной в соавторстве с академиками Г.Н.Кулипановым и А.Н.Скринским, проанализированы достижения и спрогнозированы перспективы развития лазерных технологий и представлены результаты новых научных исследований. Например, при абляции оргстекла несфокусированным излучением новосибирского ЛСЭ за 3 мин лазерный пучок без признаков горения материала просверлил отверстие длиной 5 см. Данный механизм может также применяться при производстве наноматериалов.
В выступлении академика-секретаря Отделения нанотехнологий и информационных технологий РАН академика Е.П.Велихова была представлена ретроспектива и современные проблемы развития лазерных технологий. Отмечалось, что ускорению работ по созданию лазерного оружия способствовало создание первого лазера Т. Мейманом (T.Maiman) и первого СО2 лазера К.Пателом. Данная проблема неоднократно обсуждалась на встречах министра обороны СССР Д.Ф.Устинова и президента АН СССР академика А.П.Александрова с ведущими экспертами в сфере физики мощных лазеров.
Среди задач, требующих первоочередного решения при создании лазерного оружия, Е.П.Велиховым были отмечены: разработка технологии производства спецтехники, в том числе, специальной оптики для высокомощных световых потоков, создание ряда экспериментальных лазеров с энергией порядка 10 МДж и мощностью от 1 МВт, оптимизация процессов взаимодействия лазерного излучения с материалами для достижения необходимых поражающих факторов, разработка систем наведения лазерных пучков и высокоточных систем определения местоположения быстроперемещающихся мишеней. Для создания мощных лазеров были разработаны технологии выпуска "силовых" оптических компонентов, в том числе, адаптивных, для обеспечивающих высокую стабильность качества лазерного пучка резонаторов и для систем вывода и управления излучением. Также были обоснованы методы получения активной среды в больших объемах, сконструированы высоконадежные эффективные оптические резонаторы и созданы теоретические модели с описанием свойств активной среды, электрического газового разряда и оптики резонаторов.
Были представлены результаты разработки экспериментальных технологических CO2-лазеров с быстрым потоком рабочей смеси мощностью 13 кВт, многолучевых СО2-лазеров с диффузионным охлаждением и накачкой безэлектродным разрядом переменного тока мощностью 3 кВт, технологических быстропоточных CO2-лазеров с самостоятельным разрядом постоянного тока мощностью 3 кВт, импульсно-периодических лазеров для разделения изотопов и быстропоточных СО2-лазеров мощностью 10 кВт с накачкой самостоятельным разрядом и прокачкой газа с помощью турбины авиадвигателя для термической технологии. Эти работы позволили внедрить в производство широкий спектр промышленных лазерных технологий, доработанных в настоящее время до нанометрового диапазона.
Е.П.Велихов рассказал также об истории ведущего отраслевого Института проблем лазерных и информационных технологий (ИПЛИТ) РАН. Он был создан по инициативе АН СССР и при активной поддержке президента АН СССР академика А.П.Александрова в 1979 году как НИЦ по технологическим лазерам АН СССР и переименован в ИПЛИТ РАН в 1998 году.
При решении задачи по разработке и производству комплексов на базе мощных CO2-лазеров для обработки материалов в ИПЛИТ РАН была создана серия промышленных технологических лазеров, в том числе, лазерный технологический комплекс для резки листовых материалов (например, стали толщиной до 25 мм) на основе быстропроточного СО2-лазера мощностью 6 кВт с применением самофильтрующего резонатора, СО2-лазер с поперечной прокаткой 2,5 и 5 кВт и многолучевой СО2-лазер с диффузионным охлаждением рабочей смеси мощностью 4 кВт.
В докладе лауреата Государственной премии РФ в области науки и технологий за 2009 год, директора ИПЛИТ РАН, академика В.Я.Панченко затрагивалась проблематика лазерно-информационных биомедицинских технологий. Рассматривались лазерные технологии быстрого прототипирования и стереолитографии (уже в 2004 году была достигнута разрешающая способность в 180 нм), технологии поверхностно-селективного лазерного спекания (ПСЛС), лазерно-информационные технологии дистанционного биомоделирования, лазерные технологии в отоларингологии, сверхкритические флюидные технологии создания биоматериалов и матриц для тканевой инженерии, адаптивные оптические системы для офтальмологии и интеллектуальные лазерные системы для медицины. Технология ПСЛС базируется на эффекте расплава поверхностей полимерных частиц, прозрачных для лазерного излучения, равномерно распределенными при его поглощении по поверхности порошка наночастицами углерода и золота.
Темой выступления члена-корреспондента РАН В.И.Конова (Институт общей физики им. А.М.Прохорова РАН) были лазерно-плазменные микро- и нанотехнологии. Рассматривались результаты работ с квантово-размерными структурами, газами, твердыми телами, плазмой и жидкостью, с длительностью лазерного воздействия от фемтосекундного до непрерывного, проведенных в вакууме, жидкости или газе с интенсивностью облучения до 1014–1016 Вт/см2, в видимом, ИК- и УФ-диапазонах, со средней мощностью излучения до 50–100 кВт. Наблюдались процессы изменения фазового состава, нагрева, модификации структуры и термодеформации, фотовозбуждения и ионизации вещества, генерации лазерной плазмы, стимулирования излучением химических реакций и лазерной абляции. Перспективными являются физико-химические методы создания нано- и микроструктур в объеме и на поверхности материалов, в частности, технологии создания наноструктур при лазерной графитизации алмаза. Принцип локального микро- и наноструктурирования в объеме твердых тел предполагает наблюдаемость фазовых или структурных превращений материала наряду с задействованием механизма включения нелинейного поглощения в области фокального объема, где интенсивность света выше порогового значения, минимизацию вложенной энергии лазерного импульса для исключения механических разрушений, прозрачность материала и низкоинтенсивность лазерного излучения.
На основе представленных докладов можно сделать следующие выводы:
В условиях всевозрастающей конкуренции на мировом рынке вооружения и военной техники (ВВТ) применение в военной сфере лазерных гражданских технологий позволяет на нанотехнологической базе создать оборонительные системы нового поколения, конкурентоспособные на внешнем рынке.
Совершенствование лазерных технологий, приборов и систем, предназначенных для решения широкого класса задач в гражданском производстве и ВВТ, является одним из важнейших направлений развития современной науки и техники. При полномасштабном развертывании аналогичных исследований за рубежом недофинансирование соответствующих программ в РФ препятствует укреплению обороноспособности государства и создает реальную угрозу национальной безопасности.
Целесообразно внесение изменений в законодательство, регламентирующее норму отчислений предприятий ОПК, инвестирующих в НИОКР. Необходимо предоставление налоговых льгот для капиталовложений в фундаментальные и прикладные научные разработки, что будет способствовать стимулированию производства и развитию социальной инфраструктуры.
Доклад лауреата Государственной премии РФ в области науки и технологий за 2009 год, заведующего лабораторией Института ядерной физики им. Г.И.Будкера Сибирского отделения РАН, д. ф.-м. н., профессора Н. Н. Винокурова касался перспектив создания лазеров на свободных электронах (ЛСЭ). В работе, выполненной в соавторстве с академиками Г.Н.Кулипановым и А.Н.Скринским, проанализированы достижения и спрогнозированы перспективы развития лазерных технологий и представлены результаты новых научных исследований. Например, при абляции оргстекла несфокусированным излучением новосибирского ЛСЭ за 3 мин лазерный пучок без признаков горения материала просверлил отверстие длиной 5 см. Данный механизм может также применяться при производстве наноматериалов.
В выступлении академика-секретаря Отделения нанотехнологий и информационных технологий РАН академика Е.П.Велихова была представлена ретроспектива и современные проблемы развития лазерных технологий. Отмечалось, что ускорению работ по созданию лазерного оружия способствовало создание первого лазера Т. Мейманом (T.Maiman) и первого СО2 лазера К.Пателом. Данная проблема неоднократно обсуждалась на встречах министра обороны СССР Д.Ф.Устинова и президента АН СССР академика А.П.Александрова с ведущими экспертами в сфере физики мощных лазеров.
Среди задач, требующих первоочередного решения при создании лазерного оружия, Е.П.Велиховым были отмечены: разработка технологии производства спецтехники, в том числе, специальной оптики для высокомощных световых потоков, создание ряда экспериментальных лазеров с энергией порядка 10 МДж и мощностью от 1 МВт, оптимизация процессов взаимодействия лазерного излучения с материалами для достижения необходимых поражающих факторов, разработка систем наведения лазерных пучков и высокоточных систем определения местоположения быстроперемещающихся мишеней. Для создания мощных лазеров были разработаны технологии выпуска "силовых" оптических компонентов, в том числе, адаптивных, для обеспечивающих высокую стабильность качества лазерного пучка резонаторов и для систем вывода и управления излучением. Также были обоснованы методы получения активной среды в больших объемах, сконструированы высоконадежные эффективные оптические резонаторы и созданы теоретические модели с описанием свойств активной среды, электрического газового разряда и оптики резонаторов.
Были представлены результаты разработки экспериментальных технологических CO2-лазеров с быстрым потоком рабочей смеси мощностью 13 кВт, многолучевых СО2-лазеров с диффузионным охлаждением и накачкой безэлектродным разрядом переменного тока мощностью 3 кВт, технологических быстропоточных CO2-лазеров с самостоятельным разрядом постоянного тока мощностью 3 кВт, импульсно-периодических лазеров для разделения изотопов и быстропоточных СО2-лазеров мощностью 10 кВт с накачкой самостоятельным разрядом и прокачкой газа с помощью турбины авиадвигателя для термической технологии. Эти работы позволили внедрить в производство широкий спектр промышленных лазерных технологий, доработанных в настоящее время до нанометрового диапазона.
Е.П.Велихов рассказал также об истории ведущего отраслевого Института проблем лазерных и информационных технологий (ИПЛИТ) РАН. Он был создан по инициативе АН СССР и при активной поддержке президента АН СССР академика А.П.Александрова в 1979 году как НИЦ по технологическим лазерам АН СССР и переименован в ИПЛИТ РАН в 1998 году.
При решении задачи по разработке и производству комплексов на базе мощных CO2-лазеров для обработки материалов в ИПЛИТ РАН была создана серия промышленных технологических лазеров, в том числе, лазерный технологический комплекс для резки листовых материалов (например, стали толщиной до 25 мм) на основе быстропроточного СО2-лазера мощностью 6 кВт с применением самофильтрующего резонатора, СО2-лазер с поперечной прокаткой 2,5 и 5 кВт и многолучевой СО2-лазер с диффузионным охлаждением рабочей смеси мощностью 4 кВт.
В докладе лауреата Государственной премии РФ в области науки и технологий за 2009 год, директора ИПЛИТ РАН, академика В.Я.Панченко затрагивалась проблематика лазерно-информационных биомедицинских технологий. Рассматривались лазерные технологии быстрого прототипирования и стереолитографии (уже в 2004 году была достигнута разрешающая способность в 180 нм), технологии поверхностно-селективного лазерного спекания (ПСЛС), лазерно-информационные технологии дистанционного биомоделирования, лазерные технологии в отоларингологии, сверхкритические флюидные технологии создания биоматериалов и матриц для тканевой инженерии, адаптивные оптические системы для офтальмологии и интеллектуальные лазерные системы для медицины. Технология ПСЛС базируется на эффекте расплава поверхностей полимерных частиц, прозрачных для лазерного излучения, равномерно распределенными при его поглощении по поверхности порошка наночастицами углерода и золота.
Темой выступления члена-корреспондента РАН В.И.Конова (Институт общей физики им. А.М.Прохорова РАН) были лазерно-плазменные микро- и нанотехнологии. Рассматривались результаты работ с квантово-размерными структурами, газами, твердыми телами, плазмой и жидкостью, с длительностью лазерного воздействия от фемтосекундного до непрерывного, проведенных в вакууме, жидкости или газе с интенсивностью облучения до 1014–1016 Вт/см2, в видимом, ИК- и УФ-диапазонах, со средней мощностью излучения до 50–100 кВт. Наблюдались процессы изменения фазового состава, нагрева, модификации структуры и термодеформации, фотовозбуждения и ионизации вещества, генерации лазерной плазмы, стимулирования излучением химических реакций и лазерной абляции. Перспективными являются физико-химические методы создания нано- и микроструктур в объеме и на поверхности материалов, в частности, технологии создания наноструктур при лазерной графитизации алмаза. Принцип локального микро- и наноструктурирования в объеме твердых тел предполагает наблюдаемость фазовых или структурных превращений материала наряду с задействованием механизма включения нелинейного поглощения в области фокального объема, где интенсивность света выше порогового значения, минимизацию вложенной энергии лазерного импульса для исключения механических разрушений, прозрачность материала и низкоинтенсивность лазерного излучения.
На основе представленных докладов можно сделать следующие выводы:
В условиях всевозрастающей конкуренции на мировом рынке вооружения и военной техники (ВВТ) применение в военной сфере лазерных гражданских технологий позволяет на нанотехнологической базе создать оборонительные системы нового поколения, конкурентоспособные на внешнем рынке.
Совершенствование лазерных технологий, приборов и систем, предназначенных для решения широкого класса задач в гражданском производстве и ВВТ, является одним из важнейших направлений развития современной науки и техники. При полномасштабном развертывании аналогичных исследований за рубежом недофинансирование соответствующих программ в РФ препятствует укреплению обороноспособности государства и создает реальную угрозу национальной безопасности.
Целесообразно внесение изменений в законодательство, регламентирующее норму отчислений предприятий ОПК, инвестирующих в НИОКР. Необходимо предоставление налоговых льгот для капиталовложений в фундаментальные и прикладные научные разработки, что будет способствовать стимулированию производства и развитию социальной инфраструктуры.
Отзывы читателей
