НАУЧНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ С НАЧАЛА 1990-Х ГОДОВ ПО 1998 ГОД
наиболее важные результаты
"Разработка концепций развития лазерной физики и техники, оптики и информатики"
Разработка научных основ создания технологических СО2-лазеров большой мощности с
высоким оптическим и технологическим качеством лазерного пучка
Исследование физики взаимодействия мощного лазерного излучения с материалами
и конденсированными средами
Построение теории дифракции лазерных пучков на шероховатых поверхностях и
разработка на ее основе новых принципов и методов прямого лазерного формирования
объемных и поверхностных субмикронных структур на перспективных материалах микро- и
оптоэлектроники
Разработка новой теоретической концепции узкополосного частотно-селективного оптического
фильтра-демультиплексора
Разработка фундаментальных основ воздействия низкоинтенсивного лазерного излучения на
биологические объекты
"Проведение фундаментальных и прикладных исследований и разработок"
Выполнен цикл фундаментальных исследований взаимодействия лазерного излучения с веществом.
На их основе разработано большое количество технологических процессов обработки веществ
и материалов (лазерная абляция, лазерно-плазменное напыление пленок и структур,
лазерохимия, лазерная стереолитография, сварка, резка поверхностное упрочнение, обработка
новых экологически чистых реакторных материалов). Ведется создание компьютерной базы
данных по этим процессам ("Атлас лазерных технологий"). Начаты эксперименты по получению
исходных физических данных для программных кодов параметров термодинамических состояний
веществ в диапазоне температур и давлений вплоть до критических ("лазерный генератор"
фазовых состояний). Получены первые результаты по распространению когерентного излучения
через сильно неравновесную турбулентную среду.
Впервые предложена, разработана и реализована лазерно-информационная технология
оперативного изготовления трехмерных объектов сложной топологии (лазерная стереолитография)
по томографическим данным.
В этих целях было разработано и создано программное обеспечение для подготовки данных и
управления установкой лазерной стереолитографии. Разработаны интерфейсы для преобразования
наиболее популярных форматов CAD и данных рентгеновской компьютерной томографии в STL
формат; синтезированы высокоэффективные фотополимеризующиеся композиции, в том числе
биосовместимые, и изучена кинетика их лазерной фотополимеризации; разработан и построен
комплекс оригинального экспериментального оборудования.
По данной технологии впервые в мировой практике по томографическим данным была изготовлена
копия черепа человека с точностью, достаточной для международной криминалистической
экспертизы.
Разработаны новые принципы и методы лазерного формирования потоков активных частиц для
создания многокомпонентных и многослойных пленочных полупроводниковых и сверхпроводящих
материалов.
Разработаны методы измерения и управления энергетическими функциями распределения в
разлетной плазме при лазерно-плазменном напылении многокомпонентных полупроводниковых и
высокотемпературных сверхпроводящих пленок. Проведены исследования полученных образцов
методами нелинейной лазерной спектроскопии пикосекундного разрешения. Изучены механизмы
формирования структур (лазерная абляция, модификация) на поверхности таких пленок.
Разработаны и созданы лазерные напылительные комплексы, оснащенные системой
компьютерного контроля и управления процессом. Разработаны технологии напыления
пленок ВТСП, ряда металлов, полупроводников и диэлектриков - базовых структур элементов
оптоэлектроники. Эти методы в сочетании со специально разработанными средствами
диагностики и компьютерной обработки данных позволили реализовать технологию
лазерно-плазменного напыления квантово-размерных структур и пленок из многокомпонентных
материалов.
Теоретически и экспериментально разработан безмасочный метод формирования
высококачественных субмикронных (вплоть до 0.35 мкм) рельефных дифракционных решеток
на поверхности полупроводников группы АIIIВV при лазерно-индуцированной
генерации поверхностных электромагнитных волн.
Предложена и реализована новая трехлучевая голографическая технология безмасочного
формирования бигармонических решеток на поверхности полупроводников, позволяющая
сформировать рельефные решетки с периодом до 0.2 мкм и заданными фазовыми сдвигами.
По этой технологии создан принципиально новый тип одночастотного резонатора для
полупроводниковых лазеров с распределенной обратной связью на базе бигармонического
рельефа (d=0.24 мкм, D=600 мкм).
Изучены механизмы первичных и вторичных фотохимических процессов в кварцевых стеклах,
индуцированных излучением эксимерных лазеров, и разработаны фотохимические методы
генерации микроструктур в кварце для создания новых элементов в оптике и оптоэлектронике.
Разработаны методы и системы формирования и управления параметрами излучения
технологических лазеров.
Созданы алгоритмы управления и адаптивные зеркала с изменяемой геометрией поверхности,
позволяющие в реальном масштабе времени управлять пространственной структурой пучка
и режимами генерации мощных газовых и твердотельных лазеров. Для СО2-лазеров
мощностью до 5 кВт разработаны элементы плоской дифракционной ("компьютерной") оптики,
позволяющие производить необходимые преобразования амплитуды фазы и поляризации излучения
мощных лазерных пучков. Разработан метод гомогенизации излучения лазеров для офтальмологии.
Разработана и создана многоцелевая оптическая адаптивная система, включающая набор
многоэлементных компьютерно-управляемых охлаждаемых и неохлаждаемых биморфных деформируемых
зеркал для компенсации крупномасштабных статических и динамических аберраций волнового фронта,
таких как дефокусировка, астигматизм, кома и сферическая аберрация. Система позволяет
корректировать волновые фронты когерентных оптических пучков в задачах передачи оптической
информации через нестационарно неоднородные трассы в реальном масштабе времени с частотным
разрешением порядка 103 Гц.
Проведены оценки и измерения максимальной скорости коррекции простейших аберраций
волнового фронта и эффективности использования ЖК электрически правляемых транспарантов
для моделирования различных видов турбулентности.
Разработана методика, математическая модель, программное обеспечение и собрана
экспериментальная установка термоволнового и оптоакустического метода бесконтактного
обнаружения дефектов конструкционных материалов.
Эта же методика позволяет измерить объемные поглощения лазерного излучения в оптических
средах. Разработаны теоретические основы оптико-термоволнового метода локального измерения
сверх малых оптических потерь. Метод экспериментально апробирован при оценке качества
материала и обработке поверхности силовых оптических элементов СО2-лазеров.
Разработана теория метода дистанционного неразрушающего контроля поверхности и
подповерхностных слоев непрозрачных материалов на основе генерации тепловых волн с
помощью сканирующего лазерного луча и синхронной ИК радиометрической регистрации тепловых
полей. Экспериментально отработаны оптимальные схемы и режимы термоволновой диагностики
при анализе объектов после лазерной технологической обработки.
Получены фундаментальные результаты при исследовании взаимодействия лазерного излучения
с биообъектами разного уровня иерархии.
Созданы новые виды терапии на основе лазерной биостимуляции клеток, лазерной трансформации
биотканей (шейпинг хрящей) и лазерного нанесения биосовместимых покрытий на импланты;
разрабатываются лазерно-биологические методы обогащения руды.
Предложен и реализован новый метод диагностики процесса лазерной абляции и идентификации
типа биотканей путем автодинного детектирования сигнала обратного рассеянного излучения.
В основе метода лежит самоиндуцированная модификация спектра генерации излучения
лазера, обусловленная попаданием в резонатор рассеянного на продуктах разрушения биоткани
излучения с доплеровским сдвигом частоты. Установлена корреляция между количественными
характеристиками спектров и пределом прочности биоткани на растяжение, их типом.
Создан процесс лазерного напыления биосовместимых покрытий на металлические и полимерные
материалы.
Выполнен цикл экспериментальных исследований влияния параметров процесса на механические
и физико-химические характеристики покрытий, проведено биологическое тестирование покрытий
in vitro на эрозионную стойкость и рост клеточных культур соединительной ткани; найдены
факторы, определяющие биосовместимость покрытий. Большая часть результатов носит
приоритетный характер.
Разрабатываются экспертные системы лазерной технологии, лазерной медицины и лазерного
мониторинга окружающей среды.
Создана экспертная система "Латисса" для кабинета лазерной терапии, позволяющая выбирать
наиболее оптимальный курс лечения в различных разделах медицины. На базе международных
спектроскопических банков данных создана экспертная система определения абсолютных
концентраций поллютантов, работающая в лазерных комплексах трассового мониторинга
окружающей среды.
Проведены приоритетные исследования по созданию технологий модификаций
свойств материалов с применением сверх критических сред.
"Проведение полного цикла работ посозданию и внедрению лазерной техники и технологий"
Разработана и освоена технология опытного производства патентно чистых
лазеров и систем транспортировки, контроля и управления лазерным излучением.
Изготовлено и поставлено свыше 100 лазерных установок промышленным предприятиям России
(например, на ЗИЛ, на Курскую АЭС, на Московский трубный завод), на Карачаровский
механический завод, на Могилевский мостостроительный завод и ряду зарубежных стран
(Индия, Китай, Чехия, Корея, Куба, Югославия). Освоена технология и налажено производство
изделий "силовой" лазерной ИК оптики, а также дифракционной и адаптивной оптики,
которыми комплектуются лазеры НИЦТЛ РАН и других отечественных разработчиков, а также
поставляются зарубежным фирмам (в Индию, Японию, Польшу, Чехию).
Завершено несколько разработок автоматизированных лазерных технологических комплексов и
лазерных систем для микро- и макрооптоэлектроники, контроля окружающей среды и для
биомедицины.
Особо можно отметить такие разработки, как комплекс из четырех уникальных
многофункциональных технологических систем пленочной микротехнологии, лазерный
ИК-спектрометр для оперативного контроля атмосферных загрязнений и анализатор
аэрозольных загрязнений, лазерно-медицинские терапевтические приборы.
Разработана и создана лазерная компьютеризированная установка для проведения операций
по реваскуляризации миокарда методом контролируемой лазерной перфорации сердечной мышцы.
Установка сделана на базе волноводного СО2-лазера киловаттного уровня мощности
и оснащена системами медицинской диагностики, выполняемой в реальном масштабе времени при
проведении операции (ультразвук, кардиография). Проведена серия успешных операций на людях
в Научном Центре Сердечно-Сосудистой Хирургии им. А.Н.Бакулева. Установка разработана
впервые в СНГ и в Европе и награждена Золотой медалью ВНЦ (1998)
