В Томском государственном университете создали уникальную программу, которая позволяет моделировать параметры активных сред и лазеров на их основе. Предполагается, что передовая разработка найдет широкое применение — ею заинтересуются ведущие вузы, Академия наук и крупные коммерческие организации. Масштабный проект реализуется в рамках технологической платформы “Инновационные лазерные, оптические и оптоэлектронные технологии — фотоника” и финансируется Минобрнауки по госконтракту ГК №07.514.11.4054 от 12.10.2011 г.
Исследования, связанные с лазерами, в Томском госуниверситете начали проводить еще в 1960 году. С тех пор лазерная школа ТГУ завоевала признание не только в нашей стране, но и в мире, и сейчас в России имеет статус ведущей. Работы в области лазерной физики и квантовой электроники в ТГУ проводятся на кафедрах оптики и спектроскопии физического факультета, квантовой электроники радиофизического факультета, лаборатории лазерной физики факультета инновационных технологий, в Сибирском физико-техническом институте (СФТИ). Там разрабатываются уже несколько типов лазеров — на парах металлов, на плотных газах — и перестраиваемые лазеры на основе органических соединений.
Сегодня одним из самых перспективных направлений считается создание лазеров на основе органических соединений. Синтетическая химия производит огромное количество молекул с различными функциональными возможностями — это позволяет разрабатывать лазеры, пригодные для решения самых непростых задач. Органические молекулы в силу своего строения имеют широкие полосы поглощения и излучения, и на одном органическом соединении в пределах этой полосы можно получить целый “набор” лазеров. Одна и та же активная среда (источник излучения) позволяет создавать лазеры разных спектров — их называют перестраиваемыми.
— В начале 1990-х годов, — рассказывает заведующий лабораторией отделения фотоники СФТИ ТГУ Виктор Артюхов, — мы совместно с учеными Института сильноточной электроники СО РАН участвовали в создании системы лазерного зондирования на основе перестраиваемых лазеров на красителях и газовых лазеров для их накачки. Система под названием “лидар” позволяет очень быстро определить наличие в воздухе вредных примесей, дыма без выполнения химических проб.
Трудно найти такую область науки и техники, где бы не применялись лазеры. Спектр их использования чрезвычайно широк: в военных целях (наведение прицела, обнаружение подводных лодок на морском дне), в химической промышленности (разделение изотопов), в экологическом мониторинге, в медицине. Лазеры на основе жидких органических соединений позволяют справляться с этими задачами, но они не очень удобны в обращении и достаточно громоздки. Новая задача, которую ставит перед сотрудниками лаборатории XXI век, — создание лазеров на основе твердых органических соединений. А в перспективе — пленочных лазеров, когда органические молекулы находятся в полимерных или гибридных пленках.
Программный комплекс, разработанный в ТГУ, может существенно помочь в решении теоретических и практических задач, которые стоят перед учеными.
— Прежде чем создать лазер с заданными свойствами, мы генерируем активную среду, — говорит Виктор Артюхов. — Для этого нам важно подобрать оптимальную концентрацию веществ, параметры излучения, импульса, условия накачки. Все это долгая и кропотливая работа, которая требует сложных вычислений. Максимально облегчить задачу можно с помощью моделирования среды.
Компьютерная программа, которую создали ученые ТГУ, позволяет определить, какие концентрации вещества, плотность и мощность накачки будут эффективны для того, чтобы создать вещество с заданными свойствами. Дальше дело за малым — целенаправленно выполнить синтез вещества с установленными параметрами и изготовить искомый лазер.
Расчет параметров генерации для заданного образца, — непосильная задача для обычного компьютера. Чтобы решить ее, ученые используют уникальный суперкомпьютерный информационно-вычислительный комплекс ТГУ, в который входят суперкомпьютер СКИФ Cyberia, Центр обработки данных и Томский региональный телепорт. Такой подход позволяет более глубоко понять суть процессов, которые протекают в сложной органической молекуле.
— Сейчас создается база данных по лазерным средам: по расчетам, образцам, молекулам, фазовому состоянию, — объясняет старший научный сотрудник СФТИ ТГУ кандидат химических наук Руслан Гадиров. — Она хранится в памяти компьютера и постоянно пополняется. Программа, которая позволяет моделировать среду с определенными свойствами, берет из базы данных соответствующие величины, вычисляет, обрабатывает информацию и показывает, какую генерацию мы получим при данных характеристиках.
Ученые ТГУ сотрудничают с коллегами из многих организаций не только Томска, но и других городов. Выполнять серьезные заказы и проекты помогает современная спектроскопическая база, созданная за последние годы.
Наталья НИКОЛАЕВА
Нет комментариев