СДЕЛАНО В СИБИРИ
В 2010 г. исполнилось 50 лет одному из наиболее революционных и значимых изобретений XX в. — лазеру. Событие широко отмечали в Сибирском отделении РАН, где прошла научная сессия Общего собрания, посвященная этой теме. Как заметил во вступительном слове председатель СО РАН академик Александр Асеев, «это открытие в значительной степени повлияло на развитие цивилизации, на технический облик нашего общества». Он напомнил, что первый импульсный рубиновый лазер был запущен в США физиком Теодором Мейманом 16 мая 1960 г. В СССР приборы этого типа появились в 1961 г. сначала в ленинградском Государственном оптическом институте им. С.И. Вавилова, затем в московском Физическом институте им. П.Н.Лебедева и уже через год — в СО АН СССР, в Институте радиофизики и электроники (ныне Институт лазерной физики, г. Новосибирск).
Вместе с техникой родилось и новое направление — лазерная физика*. Большой вклад в ее становление и развитие в СО РАН, подчеркнул Асеев, внесли академик Вениамин Чеботаев, член-корреспондент РАН Сергей Раутиан, доктора физико-математических наук Георгий Кривощеков и Юрий Троицкий. Сибирь и сегодня продолжает давние «лазерные» традиции. Об этом речь шла на пресс-конференции, прошедшей в канун 50-летнего юбилея лазера в Выставочном центре СО РАН с участием новосибирских специалистов: директоров Института лазерной физики академика Сергея Багаева и Института автоматики и электрометрии члена-корреспондента РАН Анатолия Шалагина, заместителя директора по научной работе Института теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича доктора физико-математических наук Анатолия Оришича. Некоторые подробности разговора изложила в газете «Наука в Сибири» корреспондент Мария Горынцева.
У истоков направления, отметил Багаев, стоял Институт радиофизики и электроники. В 1950 г. сюда из
*См.: Н. Добрецов. Первое региональное. — Наука в России, 2007, № 4 (прим. ред.).
Красноярского края (по ходатайству президента АН СССР академика Сергея Вавилова) после ссылки перевели выдающегося физика-теоретика Юрия Руме-ра, в довоенные годы работавшего в немецком г. Гет-тинген с основоположниками современной физики Нильсом Бором и Альбертом Эйнштейном, а в спецтюрьме Наркомата внутренних дел — с корифеями авиа- и ракетно-космических систем Андреем Туполевым и Сергеем Королевым*. Именно в этом институте в 1962 г. и создали первый газовый лазер. Над задачей работала тогда группа молодых специалистов во главе с Вениамином Чеботаевым (академик с 1992 г.). Заметим, много лет спустя этот талантливый экспериментатор стал первым директором Института лазерной физики СО РАН (1991 г.)**, внесшего определяющий вклад в развитие нелинейной спектроскопии.
Еще на раннем этапе развития оптических квантовых генераторов (в 1967-1968 гг.) Чеботаев и его коллега из московского Института спектроскопии доктор физико-математических наук Владилен Летохов, используя уникальные свойства лазерного излучения, сначала независимо друг от друга, а потом совместно предложили ряд методов (насыщенного поглощения, двухфотонного поглощения в поле стоячей волны, разнесенных оптических полей), увеличивающих разрешающую способность спектроскопии на 6-7 порядков, заложив тем самым основу для нового направления — нелинейной лазерной спектроскопии сверхвысокого разрешения. Это подтолкнуло развитие атомной, молекулярной и оптической физики, привело к созданию оригинальных технологий. И закономерный итог: в 1978 г. оба специалиста были удостоены Ленинской премии.
В 1981 г., отметил Багаев, в институте решили проблему преобразования частоты излучения из оптического в радиодиапазон и создали первые в мире ла-
*См.: Н. Королева. Имя его и Космос — неразделимы. — Наука в России, 2007, № 1 (прим. ред.).
**См.: А. Скринский. Познание материи. — Наука в России, 2007, № 6 (прим. ред.).
зерные часы, в которых единица времени — секунда — определялась по числу высокостабильных оптических колебаний. К тому моменту были получены источники со стабильностью частоты 10-14 и выше — уникальный результат, благодаря которому секунду можно было фиксировать на 5-6 порядков точнее, чем в атомных рубидиевых или водородных микроволновых часах. Развитие работ по созданию ультрастабильных лазеров открыло принципиально новые возможности для экспериментов в физике, метрологии и других направлениях науки.
А в начале 2000-х годов здесь появились первые фемтосекундные оптические часы. Это был революционный прорыв в области высокопрецизионных оптических измерений: ученые показали принципиальную возможность повышения точности абсолют-
1Л-16 1Л-18
ных частотных измерений до 10 —10 от радио- до ультрафиолетового диапазона, что важно для уточнения фундаментальных физических констант, например, при расчете траекторий движения космических кораблей, особенно в дальних полетах.
Багаев подчеркнул: стандарты частоты и времени, созданные сибирскими учеными, позволяют значительно повышать быстродействие потребительских навигационных устройств. Хорошо известная российская глобальная навигационная система ГЛОНАСС* благодаря их разработкам может увели-
*См.: Ю. Носенко и др. ГЛОНАСС сегодня и завтра. — Наука в России, 2008, № 5 (прим. ред.).
чить точность определения координат с нескольких метров до сантиметров. Заметим, с развитием системы позиционирования с помощью наземного сегмента и использования одновременно сигналов американской системы GPS можно довести этот показатель до 20-30 см.
Что касается установок для медицины (а это одно из приоритетных направлений в институте), то они не уступают лучшим мировым образцам по качеству, а сейчас даже превосходят их и стоят в несколько раз дешевле. Например, лазерный стоматологический аппарат «Мелаз-С» удаляет пораженные кариесом твердые ткани зуба, стерилизует полость для пломбирования, выполняет другие операции, включая удаление камня. В Новосибирской городской туберкулезной больнице № 1 хирурги уже более 15 лет используют разработанные в институте инфракрасные твердотельные лазеры. Здесь проводят свыше 300 операций в год на легких и органах дыхания. Такая же техника около 10 лет стоит на службе в Новосибирском НИИ травматологии и ортопедии, где ежегодно выполняют свыше 200 операций по удалению опухолей головного и спинного мозга.
Вместе с тем специалисты предложили медикам инфракрасный лазерный хирургический аппарат «Мелаз-Х», по режущим и кровоостанавливающим свойствам превосходящий электронож. Основное его преимущество — в существенном снижении потери крови (более чем в 2 раза), поэтому он незаменим
Участники пресс-конференции в Выставочном зале СО РАН: директор Института лазерной физики академик Сергей Багаев, директор Института автоматики и электрометрии член-корреспондент РАН Анатолий Шалагин,
заместитель директора по научной работе Института теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича доктор физико-математических наук Анатолий Оришич.
в гинекологии, урологии, нейрохирургии и других областях медицины.
Другую установку этой серии — «Мелаз-кардио» — применяют для раскроя элементов кардиоваскуляр-ных (сердечно-сосудистых) протезов. Она измеряет толщину ткани с точностью 10 мкм, выводит на экран монитора топологию лоскута, автоматически размещает необходимые элементы на карте в соответствии с заданными размерами и по команде оператора вырезает их. Аппарат работает быстро и с высокой точностью, что крайне важно в кардиологии,
при этом повышает производительность труда хирурга более чем в 5 раз. «Мелаз-кардио» внедрен в Кемеровском кардиологическом центре.
Нельзя не отметить, что именно в Новосибирске в 1990-х годах был создан первый эксимерный (газовый) лазер с длиной волны 193 нм, составляющий ныне основу всех офтальмологических установок в мире*. Он предназначен для исправления близорукости, дальнозоркости и астигматизма путем изме-
*См.: И. Щербаков. Лазерная физика в медицине. — Наука в России, 2010, № 5 (прим. ред.).
нения кривизны внешней поверхности роговицы глаза. Во всем мире в таких операциях нуждаются до 1,5 млн человек ежегодно.
О достижениях сибиряков, связанных с разработкой волоконных лазеров, на пресс-конференции рассказал член-корреспондент РАН Анатолий Ша-лагин. Институт автоматики и электрометрии, который он возглавляет, ведет исследования по этой теме с 2002 г. За 8 лет с небольшим ему удалось добиться результатов, ставших заметными не только у нас, но и за рубежом. В лаборатории волоконной оптики (заведующий доктор физико-математических наук Сергей Бабин) впервые в мире получили наибольшие диапазоны перестройки длины волны лазерной генерации (50 нм и более в разных спектральных областях), достигли эффективного удвоения частоты установок с генерацией в сине-зеленом и желто-красном диапазонах с перспективой применения в биомедицине, реализовали стабилизированные одночастотные приборы для метрологии и сенсорные системы для энергетики.
Институт работает в тесной кооперации с мировыми лидерами направления. В 2010 г. совместно с коллегами из Университета Астон (Великобритания) здесь создали самый длинный в мире оптоволоконный лазер. Открытый учеными «предел» увеличения длины линейного резонатора до 300 км и более означает, что в этом интервале реализуется классический тип излучения, а в последующем возникает другой режим генерации. А это повод для новых исследований российско-английской коллаборации.
Сейчас специалисты Института автоматики и электрометрии вместе с партнерами из других учреждений СО РАН создают уникальный прибор — секвена-тор ДНК, проще говоря, аппарат, способный с помощью тончайших лучей лазера расшифровывать информацию, закодированную в генах. Ученые полагают, что вскоре появится возможность узнать, к каким болезням у человека есть предрасположенность, как их предупредить. Аналоги схожего прибора в мире есть, американцы уже поставили выпуск таких установок на поток. И тем не менее пользоваться ими могут единицы. Разработка российских ученых должна появиться в каждой поликлинике, и это будет, утверждает Шалагин, первый шаг доступности к геномной медицине.
Заместитель директора И
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.