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.
Для создания активной лазерной среды нужен материал основы (матрица) и добавка, дающая люминесценцию. Мы освоили методику получения плотного оптически прозрачного фторапатита стронция и планируем синтезировать лазерные материалы с активными ионами гольмия и эрбия, генерирующими излучение в диапазоне 2-3 мкм. Конечным итогом разработок должна стать лазерная установка на полученных нанокерамиках
— 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.
