Луч лазера попал в будущее

Литовские физики-лазерщики наряду с западными коллегами работают над созданием уникальной системы - так называемой экстремальной световой инфраструктуры. Это, говорят они, превзойдет по значимости даже проект... большого андронного колайдера.

(”Экспресс-неделя” Nr.53 # 31 декабря 2009)

Корреспондент "Экспресс-недели" отправился на Кафедру квантовой электроники и Центр лазерных исследований и попал... в фантастическую реальность.

Фантастическая реальность

В повседневной жизни каждый из нас сталкивается с лазерами почти ежедневно. Ведь этот волшебный лучик действует в различных бытовых электронных приборах. Редкий человек задумывается о том, что мировое открытие, которому уже около 100 лет, так глубоко вошло в нашу жизнь. Для кого-то лазеры до сих пор являются чем-то фантастическим, представление о них почерпнуто исключительно из блокбастеров типа "Звездных войн". Тем, кто хорошо учился в школе, известно, что лазер - это источник электромагнитного излучения, что луч его света принципиально отличается от традиционного солнечного луча способностью направлять пучок лучей, обладающих высокой плотностью энергии, в определенную точку.
И все же фантастические возможности лазера еще не исчерпаны. Рассказать о новейших достижения в этой сфере мы попросили габилитированных докторов наук, много лет преподающих на кафедре квантовой электроники и лазерных исследований Вильнюсского университета, профессора Валдаса Сируткайтиса и Роалдаса Гадонаса.
- Исследования научных лазеров в Литве начались еще в семидесятых годах прошлого столетия. Центр квантовой электроники и лазерных исследований основан в 1974 году на базе кафедр электроники и астрономии факультета физики Вильнюсского университета. На сегодняшний день это единственное место в Литве, где готовят физиков-лазерщиков. Ежегодно центр выпускает около 30 магистрантов и докторантов. На рынке лазерной промышленности Литвы существует 14 фирм, занимающихся производством лазеров. Практически вся производимая ими продукция экспортируется за границу: в Америку, Японию, Германию. Однако, несмотря на это, в сфере постоянно ощущается нехватка специалистов. Отрасль лазерной промышленности прочно закрепила за собой права лидера, сфера постоянно растет, поэтому и возникает необходимость в сильных специалистах, - рассказывает профессор В.Сируткайтис.

Возможности света

Лазер - это один из важнейших оптических приборов, созданных в течение последнего столетия. С изобретением этого уникального устройства во многих отраслях науки открылись новые перспективы. Ученым лазер предоставил возможность, не разрушая материи, изучать ее.
- Человеческий глаз не может заметить световой импульс, длящийся сотую долю секунды.
Поэтому многим кажется, что луч лазера беспрерывен, - пояснили мне. - Чем более интенсивен свет, тем сильнее он воздействует на материю.
Мне были продемонстрированы уникальные параметрические генераторы света, по-другому еще называемые многоцветными лазерами, разработанные, к слову сказать, литовскими учеными. Уникальность этих лазеров состоит в том, что одно из их важнейших свойств - способность... формировать материю из различных материалов. То есть при помощи новейших технологий и разработок в научной сфере лазеры дают возможность формировать материю там, где ее недостает. Подобные открытия и исследования в области фундаментальных наук, промышленности, медицине и связи открывают доселе неизведанные возможности. Естественно, я заинтересовалась, как можно создать материю с помощью пучка света. Многоцветные лазеры, работу которых мне довелось наблюдать, занимают совсем немного места в лаборатории. И если несколько десятков лет назад, по словам профессора Р.Гадонаса лазер мог занимать половину лаборатории, то теперь он помещается в небольшом чемодане. Прежде чем рассказать мне о научной стороне вопроса, о том, как с помощью лазера формируется материя, мои гиды помогли мне совершить экскурсию в мир лазеров.

Наука превыше всего

В лабораториях центра царит атмосфера сосредоточенности. Здесь много молодежи. Парни увлечены уникальными исследованиями свойств материи, которая, взаимодействуя с лазерами, изменяют их. Проводятся различные опыты.
Наблюдая за работой в лаборатории, думаешь о том, как это, наверное, интересно - прикоснуться к неизведанному, почти фантастическому.
Профессор Р.Гадонас рассказывает о том, что миссия центра - образовательная и просветительская.
- Нашей основной миссией является подготовка высококлассных специалистов как в фундаментальном, так и прикладном плане. Эти ребята умеют не только создать лазерное устройство, но и проводят научные исследования. Наш научно-исследовательский центр пытается охватить все три составные части - фундаментальные и прикладные исследования, а также экспериментальное развитие лазерных технологий, - говорит Р.Гадонас.
Собеседник рассказывает, что, несмотря, на высокую квалификацию литовских специалистов, редкий из них соблазняется высокими заработками за рубежом и уезжает. Многие специалисты, получившие образование на кафедре квантовой электроники и лазерных исследований, продолжают работать в сфере лазерных технологий в частных компаниях, совмещая работу с научной деятельностью в центре.

Что может лазер?

Возможности использования лазеров в научной области очень широки. Они применяются почти во всех отраслях науки: в физике, химии, биологии. После решения в период 60-х и 70-х годов основных физических вопросов, связанных с созданием и обеспечением высокой эффективности работы лазерных систем различных типов, начался этап взрывообразного роста применений лазерных систем и лазерных технологий в самых разнообразных областях производства. Была создана обширная база для самых разнообразных применений лазерной техники и лазерных технологий. В настоящее время они стали неотъемлемой составной частью современных телекоммуникационных систем, устройств для оптической записи и считывания информации, обработки материалов, дистанционного мониторинга, медицинских и других высокотехнологических приложений. В силу своих уникальных возможностей лазеры хорошо себя зарекомендовали во многих отраслях науки и техники, а также в быту.
Лазерные технологии произвели не один переворот в медицине. Известно, насколько эффективен этот аппарат при лечении офтальмологических заболеваний (катаракты, отслоения сетчатки, коррекции зрения), а также в микрохирургии. В подобных случаях лазер практически незаменим, ведь он абсолютно стерилен. В медицине лазер еще называют бескровным скальпелем, ведь он мгновенно оплавляет кровеносные сосуды и не вызывает кровотечения. А его широкое применение в косметологии испытали на себе уже многие женщины. Сегодня трудно представить, как в таких процедурах, как лазерная эпиляция, пилинг, лечение кровеносно-сосудистых заболеваний, обойтись без помощи лазерных устройств.
Применение лазера весьма широко. В промышленности лазер используется для резки, спайки, гравировки различных материалов. Высокая температура излучения позволяет сваривать материалы, которые невозможно сварить обычными способами (к примеру, керамику и металл). Действие лазера на материал весьма щадяще, он имеет свойство не разрушать материю, даже наоборот - создавать ее там, где необходимо. При лазерной обработке материалов на них не оказывается механическое воздействие, поэтому возникают лишь незначительные деформации. Кроме того, весь технологический процесс может быть полностью автоматизирован. Поэтому лазерная обработка характеризуется высокой точностью и производительностью.

Новейшие исследования

Ну, вот мы и подошли к главной теме - созданию той самой экстремальной световой инфраструктуры. Исследования в этой сфере ведутся во многих научных лабораториях и университетах по всему миру. Они уникальны и по значимости не уступают исследованиям с помощью андронного колайдера, считают в центре.
- Одно из самых современных направлений в развитии лазерных технологий - это генерация очень коротких (продолжительность которых соответствует лишь нескольким периодам световых волн и ровна ~ 10 -14 с.) световых импульсов, обладающих особо высокой интенсивностью, - объясняет суть исследований В.Сируткайтис. - При наличии энергии такого импульса, сфокусировав его на пятне, равном одному микрометру, в нем можно достигнуть напряженности электрического поля, превышающего на несколько порядков электрическое поле, выдерживая электрон в атоме. Такой импульс высокой интенсивности, взаимодействуя с материей, может генерировать еще более короткие световые импульсы в области вакуумного ультрафиолета либо похожие по продолжительности рентгеновские импульсы, может выбить из материи электроны, протоны и ионы и их ускорить. В том случае, когда интенсивность импульса превышает определенное значение (~1025 W/cm2), теоретически можно добиться квантового электродинамического эффекта - генерации электронов и позитронов в вакууме.
Это сложное научное объяснение говорит об уникальной, фантастической возможности - создания материи.
- В ближайшие десять лет в Европе планируется создать Экстремальную световую инфраструктуру, которая будет создавать подобные импульсы особо высокой интенсивности, - продолжает ученый. - Лазерное излучение будет напрямую приспособлено в области космологии и в исследованиях особо сильных полей в физике, таких как взаимодействие фотонов с фотонами и фотонов с вакуумом.
Такое многообразие источников высокой энергии, поясняет мой собеседник, позволит методами возбуждения-зондирования исследовать взаимодействие материи (от кварков до больших молекул) с лазерным излучением, проверить существование теоретически относительных явлений. Экстремальная световая инфраструктура расширит возможности других теперь создающихся инфраструктур о строении материи и ее образовании, позволит исследовать взаимодействие света особо высокой интенсивности с материей.
- Это открытие может произвести настоящий переворот в научном мире, а его практическое применение позволит использовать научные и природные ресурсы с пользой для человечества. Безусловно, в первую очередь открытия подобного рода дают фундаментальные знания, которые со временем применяются на практике, - рассказывает профессор В.Сируткайтис.
Так в небольшой лаборатории центра решаются научные задачи, которые впору описывать в фантастических романах. А в недалеком будущем - в обычных репортажах о нашей жизни...

Ольга ДИДЖЮЛЕНЕ, "Экспресс-неделя"