Лазеры будущего станут прозрачными: российские ученые находят решение в создании инновационных керамических материалов

Химики из Нижегородского государственного университета имени Лобачевского (ННГУ) смогли получить прозрачные керамические материалы со структурой фторапатита, используемые для создания лазеров в ближнем инфракрасном диапазоне. По словам Дмитрия Пермина, заведующего лабораторией оптических керамических материалов ННГУ, такие лазеры уже широко применяются в медицине для малоинвазивных операций и косметологии. Они позволяют испарять кожу при разрезе, а также использоваться для накачки более длинноволновых лазерных устройств.


Фторапатит, синтезированный химиками, является аналогом костной ткани и имеет поликристаллическую структуру, что обеспечивает прозрачность материала. При этом можно изменять состав фторапатита, заменяя кальций стронцием и фосфат-ионы арсенатами, чтобы настроить длину волны генерации лазера под задачу.

На данный момент большинство лазеров работают на стеклах и монокристаллах, а «керамические» лазеры не производятся массово нигде в мире, хотя ученые из США, Китая и Японии активно над этим работают. Однако использование керамических материалов с поликристаллической структурой может упростить производство, снизить стоимость и повысить надежность лазерных систем.

Одним из главных требований к керамическим материалам на основе фторапатита для использования в лазерах является их прозрачность и способность не рассеивать свет. Чтобы достичь этого, размер зерен в материале не должен превышать 100-200 нм. Химики из ННГУ, используя технологию горячего прессования, смогли создать поликристаллы, которые будут использоваться в качестве основы для нового поколения лазерных сред.


— заведующий лабораторией оптических керамических материалов ННГУ им. Н. И. Лобачевского Дмитрий Пермин.

Керамика с поликристаллической структурой обладает рядом преимуществ, таких как упрощение технологий производства, снижение стоимости и повышение надежности лазерных систем, подчеркнули в университете.

Теперь ученые планируют создать активные лазерные материалы с использованием фторапатита стронция, а также добавок с активными ионами гольмия и эрбия, что позволит генерировать излучение в диапазоне 2-3 мкм. Итогом их разработок должна стать лазерная установка на нанокерамике, которая найдет применение в различных областях науки и техники. Например, прозрачные керамики на основе фторапатита можно использовать в лазерных системах ближнего инфракрасного диапазона. Использование таких лазеров для спектрального анализа промышленных выбросов позволит точно определить концентрацию вредных веществ в атмосфере.