Материалы портала «Научная Россия»

Генерация совместного труда

«Международный симпозиум по проблеме прозрачной керамики для приложений в фотонике» в 2012 году впервые состоялся в России в Институте прик

«Международный симпозиум по проблеме прозрачной керамики для приложений в фотонике» в 2012 году впервые состоялся в России в Институте прикладной физики РАН с  4 по 7 декабря. Нижегородский форум проходил при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, Оптического общества Америки (Optical Society of America), Программы президиума РАН «Экстремальные световые поля и их приложения», а также Научного совета по спектроскопии атомов и молекул.

Целью ежегодно проводимой конференции по лазерной керамике является обмен опытом между передовыми учеными – материаловедами, физиками и химиками, обсуждение современного положения дел в области оптической прозрачной керамики, в том числе основных аспектов ее перспективного использования, а также формирование представления о будущих достижениях и научно-исследовательских возможностях в этой отрасли.

Единственный в своем роде симпозиум ведет историю с 2005 года. Первой принимающей страной была Польша, затем Япония (2006), Франция (2007), Китай (2008), Испания (2009), Германии (2010 г.) и Сингапур (2011 г.). Российские ученые - активные участники всех конференций. «И тот факт, что  в Сингапуре было принято решение о проведении следующего собрания специалистов самого высокого уровня в России в ИПФ РАН, - сказал председатель программного комитета 8-го симпозиума член-корреспондент РАН Ефим Аркадьевич Хазанов, заместитель директора ИПФ РАН, - уже само по себе является признанием российского вклада в мировую науку об этом уникальном материале».

Тематика нижегородского форума охватывала широкий спектр проблем, отражающих основные направления развития оптической лазерной керамики: от проблемы синтеза высокочистых порошков и способов характеризации оптических свойств полученных образцов до обсуждения уже созданных на базе керамических активных элементов лазерных генераторов и усилителей. Основу рабочей программы составили двенадцать приглашенных докладов (всего участников  более 70 человек) ведущих российских и зарубежных ученых из России, Украины, Германии, Великобритании, Китая, Сингапура, Кореи, Японии, которые охватывали широкий комплекс экспериментальных и теоретических исследований последних лет. «Керамика, - пояснил Е.А. Хазанов, - при определенных условиях способна взять на себя только все положительные свойства кристалла и стекла; от стекла его большие размеры, а от кристалла его высокую теплопроводность. Получаемый материал относительно недорогой и, если не оценивать know how, - доступный. Кроме того,  кристаллы не всех веществ, которые хотелось бы применить в лазере, можно вырастить. И если удается получить образцы, то они бывают ничтожно малы, хотя получить керамику с химической формулой нужного вещества возможно. В мире, в основном в Японии, существует ряд таких образцов, которые уже успешно получают и продают во всем мире. Отделение нелинейной динамики и оптики ИПФ РАН до последнего времени в большей степени исследовало оптическую керамику, изготовленную за рубежом. (Производством оптической керамики в мире занимаются всего несколько стран, в России же этим материалом начали заниматься относительно недавно). Однако, в настоящее время в рамках Нижегородского научного центра РАН (ИХВВ РАН и ИПФ РАН) впервые с использованием уникальных методик была изготовлена оптическая керамика, исследованы ее свойства и получена лазерная генерация».

Комментарии участников симпозиума

С.С. Балабанов, к.х.н., с.н.с. лаборатории высокочистых оптических материалов ИХВВ РАН: «Для получения беспористой керамики для нас были наиболее трудоёмкими и важными стадиями синтез нанопорошков с развитой поверхностью и их упаковка для последующего спекания. Однако, именно развитая поверхность нанопорошков являлась причиной затрудняющей его компактирование: частицы слипаются, образуя вместо «идеальной» структуры пчелиных сот пустотную структуру коралловых рифов. Дело в том, что поры в компакте, превышающие размеры частиц, служат стоком различного рода дефектов, в том числе меньших по размеру пор, которые не только не исчезают, но увеличиваются в размерах при спекании. Излучение на них рассеивается и поглощается, что делает керамику непригодной для лазерных применений. Поэтому так важно было обеспечить оптимальное сочетание размера и формы порошков.

Наиболее перспективными для нас оказались нанопорошки на основе оксида иттрия, легированного редкоземельными элементами (Yb:(YLa)2O3), которые были получены самораспространяющимся высокотемпературным синтезом. Суть метода заключается в приготовлении смеси, имеющей в своём составе окислитель, восстановитель и металлы в необходимом соотношении. При термическом инициировании необходимого состава, происходит интенсивное горение, буквально как в порохах. Образующиеся наночастицы оксидов не могут слипнуться из-за большого количества выделяющихся газов, которые фактически поддерживают частицы во взвешенном состоянии, не давая им соприкасаться. Регулируя состав и вид окислителя и восстановителя возможно получать частицы от нано- до микронных размеров различной формы, но всегда очень однородные по химическому и фазовому составу. Оксид иттрия из-за хорошего сочетания оптико-механических характеристик находит всё большее применение для создания лазерной керамики. Легирующий элемент – иттербий, ионы которого встроенные в матрицу (YLa)2O3 превращают поглощённую энергию в лазерное излучение, на сегодня является наиболее перспективным для промышленного применения из-за высокого КПД, обусловленного низким дефектом кванта. Полученная в ИПФ РАН генерация на керамике Yb:(YLa)2O3 свидетельствует о том, что при ряде доработок созданная технология может найти широкое коммерческое применение.

Компактирование нанопорошков осуществлялось различными методами: обычным одноосным прессованием, ударным прессованием при давлениях, достигающих сотни тонн на см2, всесторонним обжатием в эластичных пресс-формах. На сегодня это наименее проработанный этап технологии, ограничивающий качество керамики».

С.В. Егоров, к.ф-м.н., с.н.с. лаборатории микроволновой обработки материалов ИПФ РАН: «В совместном докладе сотрудников ИПФ РАН и ИХВВ РАН были представлены результаты исследований процесса получения оптической оксидной керамики спеканием при микроволновом нагреве. Легированная ионами редкоземельных элементов оптически прозрачная оксидная керамика является одним из наиболее перспективных материалов для создания твердотельных лазеров высокой мощности благодаря ее высоким физико-механическим, в частности, термооптическим свойствам. В ИХВВ разработан новый способ синтеза наноразмерных порошков, который позволяет получать высокочистые, слабоагломерированные порошки с узким распределением частиц по размерам и высокой однородностью распределения легирующего компонента. Перспективы использования микроволнового нагрева для спекания лазерной керамики обусловлены, в первую очередь, отсутствием нагревательных элементов в рабочих камерах. При объемном микроволновом нагреве спекание происходит в чистых вакуумных условиях, что является одной из необходимых предпосылок получения оптически прозрачной керамики. Компактированные из наноразмерных порошков образцы спекались на созданном в ИПФ РАН, не имеющем мировых аналогов, гиротронном комплексе для проведения высокотемпературных процессов. Коллективом авторов впервые получена лазерная генерация на образцах керамики, спеченных при микроволновом нагреве».

О.В. Палашов, председатель оргкомитета симпозиума, к.ф-м.н., зав. лабораторией термооптики твердотельных лазеров ИПФ РАН: «Использование оптической керамики является наиболее интересным и весьма перспективным в мощных лазерах. Поэтому большое внимание в научных исследованиях необходимо уделять тепловым эффектам, которые являются, пожалуй, главным препятствием, ограничивающим среднюю по времени лазерную мощность. Хорошо изученными и теоретически, и экспериментально являются эффекты возникновения тепловой деполяризации и тепловой линзы. Однако в керамике есть эффекты, присущие только ей – эффекты дисперсии деполяризации и ее фазы. Суть их проста. Поскольку лучи, находящиеся на расстоянии порядка размера зерна (гранулы) друг от друга, проходят через статистически независимый набор зерен, то дисперсия деполяризации приводит к пространственной модуляции (как амплитудной, так и фазовой) лазерного пучка. Следовательно, и поляризованная и деполяризованная часть излучения, прошедшего термонагруженный керамический элемент всегда имеет мелкомасштабную пространственную модуляцию. Проявление этих и различных других эффектов в исследуемых керамических образцах не только позволяют изучать природу явлений, поднимая все выше и выше планку достигнутых мощностей, но может быть использовано как диагностика оптического и лазерного качества керамик, поскольку позволяет судить о поглощении и рассеянии излучения, границах и размерах гранул и т.д.

К настоящему времени, у руководимой мной лаборатории сложились крепкие международные связи и наряду с диагностикой отечественной оптической керамики (например, керамики Yb:(YLa)2O3, – результата нашего плодотворного сотрудничества с учеными ИХВВ РАН) мы исследуем и строим лазеры на керамиках произведенных в Сингапуре, Китае, Италии, Японии. Хочу отметить, что плодотворному сотрудничеству очень способствуют такие мероприятия как «Международный симпозиум по проблеме прозрачной керамики для приложений в фотонике», в организации которого мне посчастливилось участвовать.

 По итогам работы симпозиума было принято Решение, в котором исследования ученых Отделения нелинейной динамики и оптики ИПФ РАН (руководитель отделения член-корреспондент РАН Е.А. Хазанов) в области исследований образцов оптической керамики и получения на них лазерной генерации и усиления отмечены как ведущие среди важных результатов последних лет. Это высокая оценка совместного труда нижегородских химиков и физиков говорит о том, что керамика в Нижнем Новгороде получена и у нее есть перспективы.

Смотрите наиболее яркие моменты симпозиума.

ипф ран керамика симпозиум по проблеме прозрачной керамики для приложений в фотонике

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий