В статье кратко изложены факты и события, которые имели место в г.Рязани при становлении и развитии одной из областей лазерной техники – газоразрядных лазеров. Для настоящего времени последовательность этих событий (особенно на старте) выглядит как сказочный научно-фантастический детектив, сродни названию книги «Физика невозможного».
Степанов Владимир Анатольевич, дфмн, профессор. Окончил в 1960 г. физический факультет Ленинградского государственного университета им. А. Жданова, кфмн с 1967 г., дфмн с 1977 г., профессор с 1979 г., заслуженный деятель науки и техники РФ с 1994 г., почетный работник высшего профессионального образования РФ с 2000 г., почетный профессор Рязанского государственного университета имени С.А. Есенина с 2005 г. Один из разработчиков первых отечественных промышленных газовых лазеров. Под его научным руководством защищено 48 кандидатских диссертаций, из которых 24 по проблеме газовых лазеров и 8 докторских, из которых 4 по газовым лазерам. Автор более 300 научных публикаций. Работает заведующим кафедрой общей и теоретической физики и МПФ Рязанского государственного университета имени С.А. Есенина.
1. Первые шаги и первые открытия.
1.1. Декабрь 1959 г.
Постановление правительства. В Рязани на пустом месте (недостроенное здание Рязанского техникума электронных приборов, якобы захваченное учеными и отмеченное в фельетоне А. Солженицына) открывается новый научно-исследовательский институт Газоразрядных приборов (первое название п/я № 6). Директором назначается директор Рязанского электровакуумного завода, бывший директор завода «Светлана» в г. Ленинграде Киселев Владимир Владимирович, а главным инженером – бывший начальник одного из отделов НИИ «Исток» (г. Фрязино) Кашников Николай Георгиевич, который на тот момент не был даже и кандидатом наук. (Кандидатскую диссертацию Кашников Н.Г. защитил уже осенью 1960 г.).
Конец 1960 г.
Въехали в пустой корпус достроенного уже здания небольшого техникума и начали его быстро осваивать. В НИИ было всего менее 100 человек.
1.2. Лето 1961 г.
Министерство электронной промышленности СССР предлагает институту провести НИР на тему «Исследование возможностей создания источников инфракрасного когерентного излучения».
1.3. Январь 1962 г.
К выполнению (НИР «Инесса»), после проведения предварительного анализа литературы, публикации о получении А. Джаваном и В. Беннетом непрерывного инфракрасного излучения на газовом разряде в смеси гелия с неоном и доклада на НТС, приступило 4 человека: начальник физического отдела ктн Остапченко Е.П., ведущий инженер, выпускник МФТИ Гордеев Д.В., инженер, выпускник физфака Ленинградского государственного университета Степанов В.А. и техник Орлова И.А. Группа к концу 1962 г. превысила уже 20 человек за счет выпускников Ленинградского политехнического института Соловьевой Г.И., Рязанского радиотехнического института (РРТИ) Мирецкого Б.П., Соболевой Л.И., Киселевой Л.И., Демидова М.Н., Сорокиной А.Г., Московского института стали и сплавов Арнаутовой Р.А., Саратовского государственного университета ктн Москаленко В.Ф., Кальвиной И.Н., Рязанского филиала Московского политехнического института Медведева В.А. и дипломников Петрозаводского государственного университета Кюна В.В., Гурьева Т.Т., Цуканова Ю.М. и РРТИ Бельского Д.П., Орешака О.Н., Алякишева С.А., Павловой Н.Н.
Четкое распределение функций и обязанностей каждого и беззаветное стремление разобраться и выполнить непонятное для нас дело – обеспечило успех. Мы, не жалея сил и времени, делали все, чтобы создать новый загадочный прибор. Но при этом думали и над тем, как мы будем измерять его характеристики излучения, когда он заработает. Мы посетили для этого институт «Мер и измерительных приборов» им. Д.Менделеева в г. Ленинграде. Как показали дальнейшие события – это нам очень пригодилось.
Благодаря помощи и вниманию со стороны дирекции института нам удается быстро изготовить первый макет будущего лазера. Самые большие трудности ожидали нас с организацией производства первых очень точных плоско-параллельных кварцевых зеркал с диэлектрическими покрытиями для этого лазера на Казанском оптико-механическом заводе (п. Дербышки).
Сказать, что это были просто трудности – ничего не сказать. В 1961 в СССР зеркала с отмеченными в лазере Беннета требованиями производились серийно только на единственном заводе, в ЛОМО в Ленинграде при изготовлении интерферометров Фабри-Перо ИТ-28. Наши попытки как-то заказать эти зеркала в ЛОМО окончились безуспешно. Плановое хозяйство СССР давало себя знать.
На Казанском оптико-механическом заводе я встретил своих сокурсников по Самаркандскому государственному университету, в котором проучился первые три курса, и которые оказались после окончания университета работниками этого завода и ГИПО (филиал ГОИ), находящихся в одном поселке (п. Дербышки). После сложных переговоров с руководством завода и цеха получил ответ: «Зеркала попробуем сделать, если вы поставите нам кварцевое стекло в нужном количестве и соответствующего качества».
Снова г. Ленинград: Ленинградский завод фарфора и цветного стекла им. М.В. Ломоносова, ГНИИ кварцевого стекла – это было на одной территории. Переговоры и пребывание на заводе заканчивается через несколько дней тем, что мне в чемодане под залог удается взять с завода 50-60 кг кварцевых блоков, предназначенных для самолетов ТУ. Это кварцевое стекло, через г. Рязань примерно через 15 дней с момента разговора с главным инженером КОМЗа, к огромному их удивлению, оказывается на заводе. И завод, не имея никакой документации и технологии на подобные зеркала, сверх плана, за счет энтузиазма и помощи работников (прежде всего Юнга Ю.В.) приступил к изготовлению: сначала полировке (точность 0,02), а затем напылению диэлектрических отражающих покрытий с максимально возможным коэффициентом отражения.
Через несколько месяцев, когда потребовалось изготавливать кварцевые окна для активного элемента и зеркала на другую длину волны, других размеров и с другими характеристиками процедура переговоров на заводе повторилась, но уже, конечно, в облегченном варианте. Они же приняли на обучение Дубовскую А.П. и передали нам технологию и оборудование для изготовления собственных диэлектрических отражающих покрытий. Без Казанского оптико-механического завода получение генерации и создание первых газовых лазеров серьезно сдвинулось бы во времени.
Макет первого нашего лазера напоминал лазер Беннета и был лазером с внутренними плоско-параллельными зеркалами диаметром 60 мм, как у интерферометра Фабри–Перо ИТ–28, которые крепились в резонаторе на юстировочной головке с помощью мощных (толщиной 10, шириной 100 и длиной около 1000 мм) стальных пластин. Трубка из стекла С 52–1 крепилась с зеркалами через стальные сильфоны. Возбуждение разряда в трубке обеспечивалось от созданного нами ВЧ генератора на частоте 6 МГц.
Уже после первых испытаний мы поняли всю нелепость созданного тяжелого и технологически неоправданного «шедевра». Мы также поняли, что прибор должен быть:
- более легким за счет изменения системы крепления зеркал резонатора, и перешли по предложению Арнаутовой Р.А. на четырехстержневую конструкцию;
– более технологичным за счет перехода на взаимозаменяемые активные элементы, и перешли на трубки с окнами, установленными под углом Брюстера к ее оси;
– более простым в юстировке зеркал резонатора, и перешли от системы плоско-параллельных зеркал к оптической схеме резонатора с использованием сферических зеркал.
1.4. Помощь Министерства.
Желание всячески помочь разработчикам в создании новых приборов было и у руководства МЭП СССР.
Август–сентябрь 1962 г. Остапченко Е.П. вызывают в МЭП на совещание по данной проблеме с привлечением на него всех заинтересованных в стране организаций, включая академию наук (ФИАН).
Возвращается он из Москвы победителем, в руках которого – первый американский гелий-неоновый с ВЧ возбуждением газовый лазер фирмы «Percin Elmer». Наша организация назначается базой для обследования этого американского лазера, который, к огромному сожалению всей созданной министерством комиссии так и не заработал. Хотя активный элемент лазера так и не поджегся из-за сильного натекания в него посторонних газов из атмосферы, данное событие для нашего предприятия было первым успешным шагом на пути признания через несколько лет, головной роли в МЭП СССР по разработке газовых лазеров. Но это нужно было еще заслужить.
1.5. Конец 1962 г. – начало 1963 г.
Полученная нами генерация на длине волны 1,15 мкм с отпаянными активными элементами, возбуждаемыми от переносного ВЧ генератора (у фирмы «Percin Elmer» ВЧ генератор был выполнен в едином корпусе с резонатором) повторила судьбу американского аналога. Изготавливались активные элементы из трубчатого стекла С52–1 диаметром 14-15 мм и длиной около 0,8 м. Герметизация кварцевых окон, установленных под углом Брюстера с трубкой, осуществлялась с помощью клея К-400. Создаваемые нами активные элементы натекали и меняли свой цвет после зажигания в них разряда уже через 2-3 часа. Это вызывало много различных шуток и предположений, пока нам не удалось найти устойчивый режим их эксплуатации за счет более длительной тренировки ВЧ разрядом на откачном посту и более быстрой доставки активных элементов из цеха в лабораторию.
Для измерения мощности излучения лазеров нами был разработан измеритель мощности на основе абсолютно-черного тела, показания и значения которого калибровались с помощью излучения «Банд-лампы» по традиционной методике. Данный измеритель мощности являлся для нас из-за большой его инерционности эталонным. Рабочий измеритель мощности лазерного излучения для работы в лабораториях, цехах и на трассе нами изготавливался на основе фотодиода, который калибровался с помощью эталонного измерителя. В 1965 г. разработанный нами измеритель мощности излучения лазеров был откалиброван с помощью эталонного измерителя, созданного в ВНИОФИ (г. Москва).
После получения из Казанского оптико-механического завода кварцевых зеркал с отражающими диэлектрическими покрытиями на видимую область спектра нами была получена генерация на смеси гелия с неоном и с излучением на длине волны 6328 Е.
Оптимизация мощности излучения гелий-неонового лазера с излучением на длинах волн 1,15 и 0,6328 мкм в зависимости от давления газа и соотношения компонент гелия и неона проведена нами на лазере, активный элемент которого совмещался с откачным постом.
1.6. 1963 г.
Численность инженерно-технических кадров непосредственно занимающихся разработкой гелий-неоновых лазеров и другими исследованиями по применению и новым активным средам увеличилась в несколько раз за счет специалистов, окончивших РРТИ и другие вузы (Перебякин В.А., Сергиевская Т.А., Киселев Б.В., Яковлев Ю.М., Доронин В.Г., Базилев А.П., Дятлов М.К., Куликов Ю.Н., Катаев М.И. и др.), переехавших из других городов (Дубовская А.П., Седов Г.С., Горелик А.В., Киселева Г.Г. и др.) и перешедших с других научных направлений отдела, института и других предприятий Рязани (Шевченко Ю.Н., Дубцов Ю.А., Салауров М.П., Шекланов Н.А., Кузнецов Н.И., Федотов А.А., Янчук П.Г. и др.) Также увеличилась во много раз численность специалистов, работающих в других подразделениях института, например, в технологическом отделе (Назаров И.Д., Кашигина Е.Г., Авдонькин В.В., Овечкина В.И., Гусева Г.А., Рябинин В.С. и др.), но оказывающих содействие в развитии лазерного направления.
Полученные в ходе НИР «Инесса» результаты позволили с весны по осень 1963 года: – провести ОКР «Инесса–2» (Остапченко Е.П.) с разработкой первого промышленного гелий-неонового лазера ЛГ-24 с излучением на длине волны 1,15 мкм, с ВЧ возбуждением газового разряда и долговечностью около 500 час. Для возбуждения ВЧ разряда в гелий-неоновом лазере ЛГ-24 разработаны генераторы высокой частоты ГВЧ-1 и ГВЧ-2 (Демидов М.Н.). Повысить долговечность активных элементов до 500 часов нам удалось за счет размещения в дополнительных отраслях разрядного канала нераспыляемых газопоглотителей (Назаров И.Д., Горелик А.В.), обрабатываемых на стадии откачки, наполнения и тренировки трубок с помощью мощных (до 25 кВт) ВЧ генераторов широко используемых в электровакуумном производстве при нагреве металлических деталей в вакууме;
– провести ОКР с разработкой гелий-неонового лазера ЛГ–24–1 с излучением на длине волны 0,6328 мкм, с ВЧ возбуждением и долговечностью 500 час.
– провести ОКР «Петух» (Горелик А.В.» с разработкой промышленного гелий-неонового лазера ЛГ – 24М, работающего в широких механо-климатических условиях с излучением на длине волны 1,15 мкм, долговечностью 500 часов и с активным элементом, возбуждение которого осуществляется тлеющим разрядом, и лазера ЛГ–24М–1 с излучением на длине волны 0,6328 мкм, долговечностью 500 часов и с активным элементом, возбуждение разряда в котором осуществляется постоянным током. Формирование тлеющего разряда в смеси гелия с неоном обеспечивалось за счет использования оксидных собственного производства катодов для других газоразрядных приборов «Автобус» (Овечкина В.И.). Для возбуждения тлеющего разряда в гелий-неоновом ЛГ–24М лазере разработаны источники постоянного тока СБП–1 и СБП–2 (Демидов М.Н.);
– запустить технологическое и спектральное оборудование по производству и контролю параметров собственных зеркал с диэлектрическими покрытиями.
– начать НИР (Москаленко В.Ф.) и получить первые результаты по созданию импульсных газоразрядных лазеров на инертных газах. Созданы импульсные источники питания для возбуждения импульсного разряда и исследованы спектральные и энергетические характеристики разряда в гелии и неоне.
– начать НИР «Помпа» (Степанов Вл.А.) по исследованию новых активных сред и способов их возбуждения. Были отработаны методики измерения заселенности энергетических уровней при возбуждении инертных газов и паров ртути.
– на опытном заводе освоить производство первых промышленных гелий-неоновых лазеров ЛГ–24 и ЛГ–24М.
2. Производственный корпус. Основы успеха.
2.1. Конец 1963 – январь 1964 г. Переезд в основной производственный корпус площадью более 25 тыс. м2.
Под лазеры выделяется целый этаж – 5 тыс. м2. Небольшие лаборатории и службы Физического отдела, имеющего номер 10, резко расширяются и численно, и по площади, и за счет нового физического и технологического оборудования. Начинает быстро развиваться наметившаяся еще в старом корпусе, организационно-функциональная структура отдела, из которой следует выделить:
– лабораторию гелий-неоновых лазеров (начальник Горелик А.В.),
– лабораторию оптики и физики плазмы и лазеров (руководитель Степанов Вл.А.),
– лабораторию метрологии и применения лазеров (начальник Гордеев Д.В.),
– лабораторию импульсных приборов (начальник Москаленко В.Ф.),
– макетное бюро, включающее все основные компоненты вакуумного производства электронных приборов: монтажный участок, участок заварки, участок откачки, участок испытаний (начальник Вавилова К.С.),
– механические мастерские, включающие слесарные и металлообрабатывающие участки (начальник Шувалов В.П.),
– конструкторское бюро (руководитель Шекланов Н.А., Арнаутова Р.А.),
– лабораторию источников накачки (руководитель Демидов М.Н.),
– технологическую группу (руководитель Киселева Л.И.),
– теоретическую группу (руководитель Доронин В.Г.),
– группу сбора и обработки информации (руководитель Салауров М.П.).
Данная организационно-функциональная структура отдела уже в ближайшие два года (1965 г.) несколько изменилась за счет расширения типов создаваемых газоразрядных лазеров:
– лаборатория гелий-неоновых лазеров преобразуется в лабораторию одномодовых и многомодовых гелий-неоновых лазеров (начальниками будут вначале Горелик А.В., а с 1968 г. Седов Г.С.),
– появится лаборатория ионных лазеров, которую вначале возглавлял Шевченко Ю.Н., а затем с 1968 г. Мирецкий Б.П., с 1973 г. Орешак О.Н.,
– появится лаборатория СО2 лазеров, которую с 1968 г. возглавит Горелик А.В.,
– лаборатория метрологии и применения, сохранив своего начальника Гордеева Д.В., расширит свои функции за счет работ по одночастотным гелий-неоновым и кольцевым лазерам,
– конструкторское бюро расширяется и сменит руководителя (начальник Алпатов Ю.В.).
Численность отдела в течение 1964 года возросла до 300 человек.
2.2. Основные источники инженерных и рабочих кадров.
Одним из них является Рязанский радиотехнический институт, организованный в 1952 году и осуществляющий, начиная с 1957 года, выпуск специалистов по всем радиоэлектронным специальностям и обеспечивающий возможность дальнейшего продолжения образования специалистов НИИ ГРП через аспирантуру. В 1964 году в РРТИ специально под лазерное направление открывается подготовка по специальности «Физическая электроника» (организатор – кфмн, доцент Степанов А.Ф., который сделал очень много по подбору и подготовке молодых кадров РРТИ для лазерного направления, включая подготовку кандидатов наук).
1966г. Преподаватели РРТИ.
Текучёва И.А., доцент Степанов А.Ф., Пугнин В.И.
За счет интенсивного строительства жилья (к 1964 г. в НИИ ГРП было построено уже 2 жилых дома) появилась мощная струя молодых специалистов из вузов других городов: Москвы, Петрозаводска, Саратова, Иванова и т.д.
Строительство жилья и быстрый карьерный рост обеспечили интенсивное перетекание опытных, не требующих дополнительного обучения инженерно-технических и рабочих кадров с соседнего Рязанского электролампового завода, машиностроительных и радиоэлектронных предприятий Рязани и других городов.
2.3. Энергетическое обеспечение.
Огромный корпус, оснащенный по проекту всеми возможными трубопроводами (водород, азот, природный газ, кислород, сжатый воздух, вода и т.д.) и использующий по технологическому процессу жидкий азот и большое количество электрической энергии, требовал больших энергетических потреблений. И они очень легко были решены как на стадии проектирования, так и при длительной эксплуатации за счет мощностей Рязанского электролампового завода.
2.4. Опыт руководителя-организатора.
Предприятием руководил опытный менеджер Киселев В.В., являющийся в Рязанском обкоме партии главным консультантом по электронике, пользующийся большой поддержкой местных властей и министерства. Это позволило Киселеву В.В. обеспечить очень высокую скорость строительства и корпуса института, и жилья для его работников, которая просто поражает. Ведь главный производственный корпус построен меньше, чем за 3 года, а с 1960 по 1970 г. построено 9 жилых домов.
Большой опыт руководителя, прошедшего стажировку в Америке, позволил Киселеву В.В. осуществить хороший подбор и расстановку кадров и организовать ответственную работу всех служб НИИ.
2.5. Хорошая организация науки.
Науку в институте возглавил опытный, прошедший хорошую школу в НИИ «Исток», разработчик электронных и газоразрядных приборов ктн Кашников Н.Г. Созданная им вместе с Киселевым В.В. организационно-функциональная структура, кроме традиционных служб обеспечения: главного энергетика, главного механика, информации, метрологии и др. включала в себя отделы по разработке газоразрядных приборов, физический отдел (переросший в отдел разработки газоразрядных лазеров), технологический отдел, отдел по внедрению разработок в производство, машиностроительное КБ и опытный завод.
Как только лазерному отделу понадобилась помощь со стороны других подразделений института, она в очень короткие сроки приобретала четкие и реальные очертания. Так профессионально и очень быстро решались вопросы по катодам, технологии очистки газов, герметизации активных элементов, технологии пайки металлокерамических узлов, разработки прогрессивного технологического оборудования, производства и освоения созданных отделом лазеров, устройств, оборудования и др. Институт являлся в этом отношении единым коллективом, отвечающим за выполнение поставленных задач.
2.6. Информационная завершенность науки.
Большое внимание руководство уделяло повышению научной квалификации своих инженерных кадров и рекламе научно-технических результатов своего труда. С 1963 года в институте начинают выпускаться 4 раза в год отраслевой журнал «Электронная техника» серия «Газоразрядные приборы» и обзоры по различным направлениям научной деятельности института. С ноября 1964 года начали проводиться периодические, через 2–3 года, Всесоюзные научно-технические конференции по газоразрядным приборам и газовым лазерам.
2.7. Внешние научные связи.
Большую роль в развитии в НИИ ГРП исследований по газоразрядным лазерам играли научные контакты с институтами академии наук, учеными вузов и промышленными предприятиями страны.
В 1963 году долгосрочный, очень плодотворный, продолжавшийся до начала 80-х годов научный контракт между НИИ ГРП и институтом физики Академии наук Белоруссии стартовал на Всесоюзной конференции по спектроскопии в г. Минске после встреч Остапченко Е.П., Соловьевой Г.И. и Степанова Вл. А. с директором института академиком Степановым Б.И. и его сотрудниками Рубановым В.А., Самсоном А.М., Войтовичем А.П., Грузинским В.В., Орловым Л.Н., Борисевичем Н.А., Апанасевичем А.А., и др. Уже в 1964 г. академик Степанов Б.И., являясь председателем государственной комиссии, принимал в Рязани НИР «Помпа» (руководитель Степанов Вл.А.), а сотрудники института Рубанов В.А., Орлов Л.Н., Войтович А.П. и др. стали частыми гостями Рязани и участниками совместных проектов. Часто в Рязани бывал и академик Борисевич Н.А., будущий президент академии наук Белоруссии. В 1967-1968 г.г. на диссертационном совете института физики АН БССР Степанов Вл.А., Малахов В.П. и Мирецкий Б.П.защитили диссертации на соискание ученой степени кандидатов физико-математических наук. Это были первые три кандидатские диссертации, выполненные в Рязани по лазерной тематике.
Стартом научных контактов со многими институтами и предприятиями часто становились первые Всесоюзные конференции по газоразрядным приборам и лазерам, проходившие в Рязани.
В ноябре 1964 года после I Всесоюзной научно-технической конференции по газоразрядным приборам, проводимой впервые в Рязани, и встреч на ней Остапченко Е.П с профессором Соболевым Н.Н. начали развиваться очень плодотворные долгосрочные научные контакты между НИИ ГРП и институтом физики АН СССР, углубляющиеся и расширяющиеся с течением времени и увеличением числа участников и направлений исследований с обеих сторон и перешедшие во многих случаях на уровень личных тесных научных контактов между многими рязанскими и московскими учеными, продолжающиеся и по настоящее время. Хочется отметить также позитивное влияние на развитие лазерного направления НИИ ГРП таких ученых, как профессор Фабелинский И.Л., профессор Очкин В.Н., профессор Петраш Г.Г., Новгородов М.З., Китаева В.Ф., Лоткова Э.Н. На этой же конференции произошла встреча Остапченко Е.П. с профессором Васильевым В.П. Она перешла в личную дружбу и тесные научно-производственные контакты между НИИ Приборостроения и нашим институтом в течение многих лет (с 1965 по 1983 г.) и положительно повлиявшие на уровень исследований в области кольцевых и СО2-лазеров.
В 1965 году после встреч на Международной конференции по ионизационным явлениям в газах в г. Белграде Степанова Вл.А. с профессором Каганом Ю.М., приезда и переговоров его в Рязани с Остапченко Е.П. и Степановым Вл.А. начали развиваться долгосрочные плодотворные научные контакты между НИИ ГРП и кафедрой оптики физфака Ленинградского государственного университета. Они придали импульс в развитии в Рязани новых направлений в исследовании физики низкотемпературной плазмы и в подготовке научных кадров высшей квалификации. Рязань после профессора Кагана Ю.М. посещают член-корреспондент АН СССР Фриш С.Э., профессор Калитеевский Н.И., профессор Толмачев Ю.А. и многие другие ученые, взаимодействие с которыми запомнится нам на долгие годы.
На I конференции в ноябре 1964 г. в Рязани побывали тогда еще кандидаты наук, а в будущем член-корреспондент АН СССР Чеботаев В.П. и профессор Коранкович В.П. В результате с институтами Сибирского отделения академии наук, особенно с институтом метрологии и автометрии устанавливаются тесные многолетние научные контакты, после совместных исследований которых разрабатывается интерферометрический измеритель линейных перемещений и одночастотный гелий-неоновый лазер, выпускаемые в производстве до настоящего времени.
На первых научных Рязанских конференциях, являясь их активными участниками, присутствовали Фотиади А.Э. и Привалов В.Е., хорошо известные сегодня всей стране и за рубежом специалисты в области квантовой электроники и благодаря которым между С-ПбПИ и НИИ ГРП, а также между рязанскими и Санкт-петербургскими учеными возникли плодотворные, не ослабевающие творческие и человеческие контакты. И сегодня есть совместные научные проекты и публикации. Много помощи оказано ими для подготовки Рязанских кадров высшей квалификации (кандидатов и докторов наук).
В работе III Всесоюзной конференции по газоразрядным приборам в Рязани в мае 1970 года участвовал Тучин В.В. После чего между Саратовским государственным университетом и рязанскими учеными определились области встречных научных интересов при изучении колебательно-волновых процессов в плазме и лазерах, и получено много полезных практически важных рекомендаций от саратовских ученых (профессора Анищенко В.С., члена-корреспондента РАН Трубецкова Д.И.и др.), образовались дружеские и человеческие отношения. Хочется поблагодарить их также за содействие в деле подготовки для Рязани кадров высшей квалификации.
Встречи Степанова Вяч.А. и Мириноятова М.М. на конференции по физике лазеров в Новосибирске в 1969 году и на III Всесоюзной конференции по газоразрядным приборам в Рязани в 1970 году переросли в глубокие человеческие взаимопроникающие творческие научные контакты, обеспечившие успешное развитие лазеров с поперечным ВЧ возбуждением, как в России, так и в Узбекистане (Национальный университет Узбекистана им. М. Улугбека).
В развитии этого очень важного для газоразрядных лазеров направления принимали активное участие также ученые ФИРАН (Очкин В.Н., Соболев Н.Н., Новгородов М.З.), ученые МИФИ (Миськевич А.И.) и ученые Украины НПО «Газотрон» (Асеев В.Д., Троян В.Г.).
Работы по метрологии лазеров для развития лазерного направления всегда имели первостепенное значение и поэтому научные, творческие и человеческие контакты между учеными ВНИОФИ (профессор Катюк А.Ф.) и рязанскими учеными (Степанов Вяч.А. и др.) приведшие к созданию двух монографий по измерению параметров лазеров и разработке совместных методик и стандартов можно только приветствовать.
Из связей с промышленными предприятиями следует выделить еще многолетние научно-технические контракты (с 1965 по 1983 г.) с Московским НИИ Приборостроения (директор Микаэлян А.П.), обеспечившие повышение уровня отечественных гелий-неоновых и аргоновых лазеров.
Количество научных контактов, внесших тот или иной вклад в развитие газовых лазеров в Рязани, очень велико и в рамках краткого анализа не все в нем представлены. Прошу за это извинения.
2.8. Поддержка министерства и другие исследователи газовых лазеров.
Развитие квантовой электроники в Министерстве электронной промышленности находилось под самым пристальным вниманием самого министра Шокина А.И., понимающего всю важность развития этой новой прогрессирующей отрасли науки и техники. На любую информацию об успехах и неудачах следовала немедленная соответствующая реакция. Наш институт сам Шокин А.И только за период с 1964 по 1966 год посещал дважды. Он же был инициатором выдвижения газовых лазеров на Ленинскую премию, которой прежде всего из переоценки собственных возможностей Остапченко Е.П., не поделившего представительство участников, выдвигаемых на эту премию от НИИ ГРП и НИИ «Исток» мы, как и фрязинские ребята, к сожалению лишились за три дня до рассмотрения на Президиуме, где поддержка была обеспечена с вероятностью более 80%.
1965г. Министр электронной промышленности СССР
Шокин А.И. в лаборатории лазеров в НИИ ГРП
Кашников Н.Г., Шокин А.И., Остапченко Е.П., Киселев В.В.
Шокин А.И., Алякишева Р.C.
Руделёв С.А., Остапченко Е.П., Шокин А.И., Колесников В.Г.
Остапченко Е.П. в этот период было очень тяжело. Объем информации о новых научных прорывах и приборах, их возможностях и новых партнерах, которую он ежедневно переваривал, накатывался на него как снежный ком. Ему нужно было оперативно и желательно безошибочно принимать решения: в какую сторону развиваться, с кем работать, как организовать дело. Благодаря своей работоспособности и большим организаторским способностям он добился, что перед нами открывались многие двери. Рязань становилась некой «Меккой», в которую многие известные специалисты приезжали посмотреть, как на некое, возникшее из ниоткуда, чудо. Неслучайно, в 1967 году в Рязани проходил и Всесоюзный координационный совет по квантовой электронике с участием лауреата Нобелевской премии академика Басова Н.Г.
Из-за возникшей переоценки своих возможностей и стремления Остапченко Е.П. все возникшие перед отраслью задачи брать на себя, стали возникать элементы небрежности в отношениях между руководителями, отвечающими за лазерное направление на предприятиях МЭП, а это НИИ «Исток» (руководитель лазерного направления ктн Беляев В.П.) и НИИ «Полюс», созданный в 1962 году, как институт квантовой электроники (директор дтн, генерал Стельмах М.Ф.).
А.И. Шокин очень быстро среагировал на возникающую между предприятиями МЭП ненужную конкуренцию и приказал снять возникшие напряжения за счет организации на этих предприятиях неформальных встреч разработчиков лазеров друг с другом. Такие неформальные встречи, на которых мы многие впервые познакомились друг с другом проходили и в Москве, и в Рязани.
После этих встреч и контактов произошло чисто формальное разделение сфер деятельности институтов. Так, Рязань ограничила себя лазерами с мощностью излучения до 100 Вт, но взяла на себя функции обеспечения страны промышленными газовыми лазерами; НИИ «Исток» должен был разрабатывать лазеры с мощностью более 100 Вт и другие лазеры в обеспечение технологических и специальных систем. НИИ «Полюс» взял на себя кольцевые и другие лазеры в обеспечение технологических и специальных систем.
Разрабатывать газовые лазеры в других организациях МЭП никто не запрещал. Так, в ОКБ Московского электролампового завода успешно разрабатывались и гелий-неоновые, и аргоновые лазеры (начальник лаборатории ктн Новик А.Е.)
Исследования по газовым лазерам успешно проводились и на промышленных предприятиях других министерств. Так, гелий-неоновые, аргоновые и СО2-лазеры успешно разрабатывались в НИИ Прикладной физики (начальник отдела дтн Тычинский В.П.), гелий-неоновые – в ГОИ (начальник лаборатории дфмн Белоусова И.М., кольцевые лазеры – в НИИ Приборостроения (начальник лаборатории дтн Васильев В.П.), кольцевые лазеры – в ОКБ завода «Арсенал» (начальник отделения Камелин А.Б., Филиппов В.М., Дзюбенко Г.М.) и др.
В институтах Академии наук СССР и союзных республик и вузах исследовались все виды газовых лазеров, многие из них доводились до промышленной реализации.
3. Разнообразие видов лазеров. Их доступность.
1964 – 1970 г.г.
Работа отдела в условиях быстро заполняющего огромного корпуса была связана с приобретением, разработкой, изготовлением и запуском нового физического, химического и технологического оборудования и освоением необходимых физических и физико-химических методов в электровакуумных, электрохимических, оптических и машиностроительных технологиях. Она шла организованно и быстро. Скорость запуска и освоения того или иного оборудования, технологии или методики определялись в основном их сложностью.
Данный период в деятельности лазерного отдела, как и всего института, характеризовался повышенным энтузиазмом его работников. Коллектив отдела представлял из себя сплав молодых и опытных кадров разных вузов и специальностей, прошедших каждый свою образовательную траекторию. Они создали в отделе обстановку творчества, постоянного поиска, взаимопомощи, доброжелательного отношения друг к другу и общей радости за успехи. Любая идея доходила до практической проверки и реализации в считанные дни. Это обеспечило возможность постановки и реализации сложных физических и технологических экспериментов, требующих в других старых институтах массы времени и затрат.
Отдел в это время представлял из себя открытую систему, активно взаимодействующую с внешним миром и быстро усваивающую и преобразующую всю полученную извне информацию. В этот период мы активно участвовали во многих научно-технических конференциях, активно принимали всех, кто хотел к нам приезжать, активно шли на любые контакты.
Созданный в первом корпусе научный и конструкторско-технологический задел использовался для продолжения работ по разработке новых, но уже под конкретные применения гелий-неоновых лазеров непрерывного и импульсного действия, совершенствованию технологии нанесения диэлектрических покрытий зеркал, разработке устройств на основе созданных нами лазеров, разработке новых катодов и устройств стабилизации газового состава, созданию технологической базы для изготовления изделий из вакуумной керамики и пайки металлокерамических узлов и приборов, исследованию процессов возбуждения инертных газов, паров ртути и других металлов на атомных и ионных переходах с целью создания условий инверсии заселенности в них и реализации новых активных сред лазеров.
3.1. Гелий-неоновые лазеры.
На базе разработанного нами лазера ЛГ–24М с излучением на длине волны 0,63 мкм нами создана первая в стране экспериментальная телевизионная линия связи с модуляцией лазерного излучения в ячейке Керра (Гордеев Д.В., Алякишев С.А., Вдовин В.Г., Перебякин В.А., Пяткова Л.М., Медведев В.А., Шекланов Н.А.), которая обеспечила устойчивую телевизионную связь между корпусами института (300 м.) и между корпусами НИИ ГРП и РРТИ (4 км) и которая демонстрировалась на выставке в институте «Электроника» в конце 1964 г.
Работы по созданию телевизионных и телефонных лазерных промышленных линий связи в это же время осуществлялись и на других предприятиях: ГОИ и академия им. Можайского в г. Ленинграде (Белоусова И.М.), Московский институт связи (Мурадян А.Г.) и др. Эти предприятия заказали нам с некоторым сдвигом во времени друг от друга разработку более мощных гелий-неоновых приборов.
Первые две организации в 1964 г. включили нас в Постановление правительства в качестве соисполнителей проекта, заказав лазер с мощностью излучения в непрерывном режиме 1 Вт. Учитывая серьезность заказа, постоянное давление со стороны разработчиков системы, непрерывные переговоры по снижению требований по мощности излучения лазера и наши попытки придумать какой-то выход из положения, привели к тому, что нами в очень короткие сроки был разработан гелий-неоновый лазер ЛГ–34М (Горелик А.В., Седов Г.С.), с излучением на длине волны 0,6328 мкм и мощностью 25 мВт. Этот лазер в качестве первого этапа работы мы и предложили, и поставили заказчикам системы связи, чтобы они начали ее испытывать. А сами стали разрабатывать еще более мощный лазер и искать пути достижения злополучной мощности 1 Вт.
Прошло два-три месяца, а со стороны заказчиков вместо непрерывных звонков – «мертвая» тишина. Оказывается, для работы, создаваемой ими лазерной системы связи этой мощности (25 мВт) оказалось пока достаточно.
Этот и еще два подобных случая в работе с нашими заказчиками приборов привели к рождению в нашем обиходе через несколько лет высказывания, ставшего крылатым: «Дадим заказчику не то, что он просит, а то, что ему нужно».
По окончании работы с ГОИ нами в 1965 году был разработан лазер ЛГ-35 (Седов Г.С.) с мощностью излучения на длине волны 0,63 мкм 40 мВт, а в лабораторных условиях получена генерация с мощностью излучения 500 мВт (Мирецкий Б.П.). правда при длине трубки около 5 метров.
Гелий-неоновые лазеры ЛГ-34М и ЛГ-35 уже в 1965 году были освоены в производстве на опытном заводе. Для лазерной линии связи Московскому институту связи (главный конструктор системы Мурадян А.Г.) нами в 1965 году на этапе испытаний системы был поставлен лазер ЛГ-35, а для опытной серийной лазерной системы типа «Кратер» разработан лазер ЛГ-36А с мощностью излучения 55 мВт. На этапах испытания и внедрения системы «Кратер» в производство разработчики лазеров принимали самое активное участие: в Москве, на трассе между Зубовской площадью и МГУ на Ленинских горах, между Кутузовским проспектом и г.Красногорском; в Армении, на трассе между г. Ереваном и г.Бироканом (институт физики АН Армянской ССР); в Литве, на трассе между г. Клайпеда и Кушской косой.
Нами по научно-техническому договору с пионерским лагерем «Артек» также была разработана в 1967 году лазерная линия связи, соединяющая лагерь «Морской» через местечко, находящееся на некоторой возвышенности и называемое «Яйла», с турбазой «Артек-Дубрава», находящиеся на расстоянии до 15 км друг от друга и не имеющие никакой связи между собой. Лазерная связь работала прекрасно, обеспечивая переговоры между лагерями, в случае туристических походов школьников из основного лагеря. Но все скоро, в 1968 году кончилось закрытием системы. Оказалось, что лазерный луч пересекает в одном из мест дорогу правительственной охоты, на которой оказался Л.И. Брежнев.
Линиям связи, работающим на большие расстояния (более 20 км) требовалась, как показали натурные испытания, стабильность оси диаграммы направленности лазера. Нами в развитие лазеров типа ЛГ-36А в 1968 году был проведен ОКР по разработке гелий-неонового лазера ЛГ-38 (Седов Г.С.) с автоподстройкой зеркал резонатора.
Лазер ЛГ-36А, идущий в обеспечение системы «Кратер», в 1968 году был освоен в производстве на Львовском заводе электронных приборов НПО «Полярон» (директор Зеланд Л.В.). Внедрение лазеров в НПО «Полярон» в отличие от внедрения на опытном заводе института осуществлялось через постановку параллельно соответствующей работы в ОКР завода (начальник Абрамович С.М.).
В 1970 году в НПО «Полярон» внедряется по той же схеме и лазер ЛГ-38. С этого момента количество и виды внедряемых на заводе лазеров увеличиваются, а тематика ОКБ трансформируется в направлении лазеров и лазерных устройств.
Работы по исследованию методов защиты шахтеров от взрывов в шахтах привели к созданию лазеров с трехзеркальным резонатором для обнаружения утечки метана (Мирецкий Б.П.) и разработке совместно с ОКБ Львовского НПО «Полярон» автомобильного варианта для контроля метана в атмосфере.
Если для линий лазерной связи требовались гелий-неоновые лазеры большой мощности, то для светодальномеров, работающих в полевых условиях, требовались малогабаритные лазеры с мощностью до 2 мВт. Для решения этой задачи нами был проведен ОКР и в 1966 году были разработаны малогабаритные гелий-неоновые лазеры с мощностью излучения на длине волны 0,6328 мкм 2 мВт ЛГ-55 и ЛГ-56 (Мирецкий Б.П.), которые в этом же 1966 году были освоены в производстве на опытном заводе.
Исследования по гелий-неоновым лазерам сводились не только к получению определенной мощности излучения, но были направлены и на создание приборов с высокой стабильностью частоты и работающие на одном продольном типе колебаний (одной частоте). Были проведены НИР (Алякишев С.А., Перебякин В,А.), позволившие создать гелий-неоновые лазеры с относительной нестабильностью частоты 10-9, стабилизированные по провалу Лэмба и с относительной нестабильностью частоты лучше 10-10 со стабилизацией частоты с помощью внешней ячейки поглощения, помещенной в переменное магнитное поле. На основе данной НИР в 1969 году разработан гелий-неоновый лазер ЛГ-149 (Теселкин В.В.), с относительной нестабильностью частоты 10-9 и мощностью излучения 0,5 мВт, который в этом же 1969 году освоен в производстве на опытном заводе.
В 1970 году разработан одночастотный повышенной мощности гелий-неоновый лазер ЛГ-159 (БорисовскийС.П.), также освоенный в производстве на опытном заводе.
На базе одночастотного лазера для Московского института стали и сплавов было разработано устройство для измерения малых, почти нулевых, значений коэффициентов линейных температурных расширений (КТР) (Алякишев С.А., Кондратов В.Н., Гордеев Д.В.), обеспечившее:
- создание в этом институте стальных сплавов с малым КТР – суперинвар, которые в последующем будут использованы в стержневых конструкциях газовых лазеров;
- создание ситалов с низким КТР для кольцевых лазеров на Люберецком оптико-механическом заводе.
На базе этого одночастотного лазера был также разработан прибор для измерения малых изменений показателя преломления жидкостей при движении подводных объектов (Перебякин В.А., Катаев М.И., Гордеев Д.В.)
Интенсивные исследования в области кольцевых гелий-неоновых лазеров завершились разработкой в 1965 году кольцевого лазера ЛГН-3 (Бельский Д.П.), на котором был проведен ряд экспериментов по определению угловых перемещений и измерению их угловых скоростей, и созданию в 1969 году моноблочной малогабаритной конструкции кольцевого лазера (Бельский Д.П., Базилев А.П.) с повышенной механо-климатической устойчивостью и надежностью.
1964г. Инженер Базилев А.П. при настройке гелий-неонового лазера.
Разработка и производство в институте гелий-неоновых и других лазеров стали возможными после освоения технических процессов напыления диэлектрических многослойных отражающих покрытий на новом оборудовании (Дубовская А.П., Чернова В.И., Зайцева З.И.). Ими исследовано влияние вида, качества и чистоты исходного материала, скорости и способов его испарения на отражающие и рассеивающие свойства покрытий. Разработаны способы и устройства для контроля коэффициентов отражения и рассеяния пленок с большой точностью. Разработана технология изготовления диэлектрических и металлодиэлектрических отражающих покрытий для ультрафиолетовой, видимой и ИК областей спектра и с очень низким коэффициентом рассеивания на длине волны 0,63 мкм.
3.2. Импульсные газоразрядные лазеры.
На базе созданного в первом корпусе научного задела:
- в 1965 году был разработан импульсный гелий-неоновый лазер ЛГИ-15 (Соловьева Г.И.);
- в 1966 году первый в мире импульсный гелий-ксеноновый лазер ЛГИ-26 (Москаленко В.Ф.) с излучением в средней инфракрасной области спектра на атомных переходах ксенона с мощностью до 1000 Вт при частоте повторения импульсов до 2 кГц.
Работы по модернизации гелий-неонового лазера ЛГИ-15 закончились созданием в 1967 году лазера ЛГИ-17. Данные лазеры широко использовались в системах оптической локации, работающих в окнах прозрачности атмосферы, и дистанционного управления подвижными объектами.
Лазеры ЛГИ-15, ЛГИ-26 и ЛГИ-17 внедрены в производство на опытном заводе, соответственно в 1965, 1966 и 1967 годах.
Исследования процессов возбуждения атомов и ионов неона, аргона, криптона и ксенона при импульсной системе накачки энергии в разрядный промежуток и поиск новых линий генерации (Кальвина И.Н., Москаленко В.Ф., Цуканов Ю.М.) позволили в 1967 году разработать впервые в мире мощный импульсный ионный лазер ЛГИ-37 (Москаленко В.Ф.), излучающий в широком диапазоне видимого спектра с мощностью 1 кВт и частотой повторения импульсов до 500 Гц. Эти работы позволили впервые в мире задолго до зарубежных публикаций получить мощную генерацию на ионном УФ-переходе ксенона с длиной волны 0,2315 мкм и данные о длине когерентности лазера и возможностях применения его в голографии.
Для обеспечения долговечности импульсных лазеров на ксеноне в несколько сотен часов разработаны технология глубокой очистки и централизованного изготовления смеси аргона, криптона и ксенона; угольный генератор ксенона и электромагнитный дозатор газа (Назаров И.Д., Кашигина Е.Г.), а также малогабаритный алюмосиликатный многоячеистый катод на ток в импульсе до 1 кА с долговечностью 1000 часов (Епанишникова Р.И., Ивлев А.М.)
По результатам этих исследований в 1970 году разработан импульсный ионный лазер ЛГИ-40 (Цуканов Ю.М.) с выходной мощностью 100 Вт и нашедший широкое применение в технологии производства изделий микроэлектроники.
3.3. Исследования процессов возбуждения новых активных сред и лазеров.
Результатов исследований, полученных в этот период в лаборатории оптики и физики плазмы и лазеров (руководитель Степанов Вл.А.) в том числе и приоритетных по количеству и разнообразию было так много, что в конце 60-х – начале 70-х лабораторию в шутку между собой стали называть Рязанской академией наук. Неслучайно по результатам прежде всего этих стартовых исследований из лаборатории вышло семь кандидатских и одна докторская диссертаций (Степанов Вл.А., Малахов В.П., Пугнин В.И., Орешак О.Н., Кюн В.В., Дятлов М.К., Руделев С.А.).
Разработанные в рамках НИР «Помпа» методики позволили исследовать процессы возбуждения и определить заселенность энергетических атомарных и двукратно-ионизированных уровней гелия, неона, аргона, криптона и ксенона в зависимости от тока разряда, давления и соотношения компонент газов. Найдены условия, при которых наблюдается инверсия заселенности в некоторых из этих активных сред, в частности, впервые на смеси ртути и криптона.
Исследовано распределение электронов по энергиям в тлеющем разряде в инертных газах и парах ртути и зависимость его от колебательных процессов в плазме. Впервые, с опережением более, чем на 30 лет, измерено распределение электронов по энергиям по длине бегущей страты для широких разрядных условий (Орешак О.Н., Степанов Вл.А.)
На основе анализа оптических и электрических характеристик плазмы разряда исследуемых активных сред изучены механизмы заселения энергетических уровней. Впервые обнаружены процессы интенсивного разрушения верхних уровней за счет столкновения с очень медленными электронами. Определено сечение этих процессов (Степанов Вл.А.). Теоретически эти процессы получили подтверждение в начале 70-х годов, они являются одной из причин уменьшения (срыва) инверсии заселенности и генерации в газах при увеличении, например, тока, и используются сегодня при создании рекомбинационных лазеров.
Исследованы условия инверсии заселенности в смеси гелия с неоном при возбуждении атомов пучком электронов с энергией около 25 В с помощью плоского протяженного (220х10 мм) оксидного катода (Дятлов М.К., Степанов Вл.А.). Показана возможность и получена генерация на длине волны 1,15 мкм с мощностью излучения около 100 мВт, являющаяся рекордной и по сей день (Куликов Ю.Н.). Впервые получена генерация на длине волны 0,6328 мкм при возбуждении атомов гелия и неона таким способом. Причем генерация наблюдается только вблизи поверхности оксидного катода. Оказалось, что возбуждение гелий-неонового лазера пучком электронов является выборочным из-за основных потерь электронов при столкновениях на первом 23S1 метастабильном уровне гелия и серьезного ограничения для возбуждения второго 21S0 метастабильного уровня гелия и, следовательно, 3S2 верхнего уровня неона для длины волны 0,6328 мкм (Дятлов М.К., Куликов Ю.Н., Степанов Вл.А.).
Проведенные работы позволили разработать в 1966 году гелий-неоновый лазер ЛГ-116 (Куликов Ю.Н.) с излучением на длине волны 1,15 мкм и с возбуждением атомов пучком электронов с энергией 25 В. В 1967 году лазер демонстрировался на выставке в г. Осака (Япония).
Исследованы процессы возбуждения инертных газов в сильноточном дуговом разряде в капилляре (Кюн В.В., Гурьев Т.Т.). Для формирования дугового разряда в технологическом отделе в 1965 году разработаны (Рогова Л.С.) подогревные прессованные алюмосиликатные катоды с долговечностью 100 часов, которая вскоре была повышена сначала до 500, а затем и до 1000 часов.
В 1965 году была получена генерация в сильноточном дуговом разряде в капилляре, выполненном из кварцевого стекла, охлаждаемого водой, в сине-зеленой (0,4579 – 0,5286 мкм) области спектра на 7 линиях ионизированного аргона. Мощность излучения достигала около 1Вт.
В 1967 году получена генерация в сильноточном дуговом разряде на ионизированном криптоне с излучением в красной (0,6471 – 0,6764 мкм) области спектра и мощностью около 500 мВт (Кюн В.В., Гурьев Т.Т.).
Проведен большой комплекс исследований этого вида разряда. Кроме исследований механизмов заселения уровней и контура спектральных линий приведен уникальный, более не повторяемый никем, эксперимент по измерению радиального распределения электронов и нормальных атомов, исследовались также процессы и режимы охлаждения разрядного промежутка и системы питания, возможности замены кварцевого капилляра разрядной трубки на другие материалы и др. (Кюн В.В., Гурьев Т.Т., Куликов Ю.Н.).
Нами впервые в мире в результате этих исследований создан аргоновый лазер, кварцевый капилляр в трубке которого заменен на вольфрамовую спираль длиной 250 мм. Спираль закреплялась в кварцевой разрядной трубке диаметром около 60 мм с помощью молибденовых дисков, расположенных на расстоянии около 15 мм друг от друга и исключающих провисание спирали во время протекания через нее сильноточного разряда. Лазер имел воздушное охлаждение и мог работать в режиме переменного тока от сети 220 В при использовании двух симметричных катодов (Куликов Ю.Н., Степанов Вл.А.).
Очень узкий диапазон давления, на котором наблюдается генерация на линиях ионизированного аргона и криптона определил возможность создания оригинального способа перестройки длины волны генерации за счет изменения давления газа в отпаянной трубке с помощью металлического сильфона (Кюн В.В., Гурьев Т.Т.).
3.4. Лазеры на ионизированном аргоне.
Проведенные исследования позволили в 1966 году разработать лазер на ионизированном аргоне с кварцевым капилляром ЛГ-106 (Шевченко Ю.Н., Райхер М.М.) с излучением в сине-зеленой(0,4579 – 0,5286 мкм) области спектра, мощностью излучения 1 Вт и долговечностью 30 часов.
Лазер сразу же был освоен в производстве на опытном заводе, начались работы по модернизации его активного элемента и увеличению срока службы. В 1967 году создается лазер ЛГ-106М с долговечностью более 100 часов.
Многие области применения требовали когерентного непрерывного источника в видимой области спектра с мощностью излучения около 1 Вт. Это обусловило постановку ОКР по разработке лазеров на ионизированном аргоне, устойчивых к различным механо-климатическим воздействиям. В результате проведенной работы в 1967 году был создан аргоновый лазер ЛГ-33 (Остапченко Е.П.) с мощностью излучения 500 мВт и долговечностью 100 часов.
Разработка в 1970 году в технологическом отделе импульсного дозатора аргона (Назаров И.Д.) с запасом газа на несколько тысяч часов обеспечила возможность повышения долговечности лазеров ЛГ-106М и ЛГ-33 до 500 часов.
3.5. Лазеры на парах металлов.
Оптико-спектральные исследования, проводимые в лаборатории оптики и физики плазмы и лазеров позволили к 1967 году получить результаты по возбуждению в тлеющем разряде и некоторых паров металлов. Наиболее изученными были пары ртути, по результатам исследований которых Степанов Вл.А. в 1967 году защищает кандидатскую диссертацию.
Проанализирована структура энергетических уровней большого количества различных элементов и осуществлен подбор пар элементов на подобие пары гелия и неона, когда возбуждение верхнего лазерного уровня и инверсия заселенности обеспечивается в результате столкновения с метастабильными атомами гелия. Одной из таких пар оказалась смесь гелия с кадмием, где метастабильные атомы гелия могут в результате столкновения с атомами кадмия возбудить правда уже ионы кадмия. Это происходит из-за низкой энергии ионизации кадмия и осуществления реакции Пеннинга с выделением после ионизации и возбуждения электрона.
Газоразрядная трубка для обеспечения необходимого давления паров кадмия размещалась в печке с регулируемой температурой и соединялась с откачным постом, на котором можно было изменять давление гелия. Исследования показали на возможность получения инверсии заселенности между уровнями 5s2 2D3/2–5p2P1/2 и 5s2 2D5/2–5P2p3/2 ионов кадмия с излучением на длинах волн 0,3250 и 0,4416 мкм волн соответственно (Дятлов М.К., Степанов Вл.А.). Стали размышлять над созданием лазеров, помещенных в нагревательный элемент, и над конструкцией нагревателя. Зарубежные публикации о получении генерации на смеси гелий-кадмий, использующие для создания равномерного распределения атомов кадмия по длине разрядной трубки явление катафореза, значительно ускорили процесс создания активного элемента и получения генерации в 1968 году на смеси гелия с кадмием на длине волны 0,4416 мкм.
В 1968-1969 г.г получена также генерация на парах цинка с излучением на длинах волн 0,5894 и 0,7478 мкм и на парах селена с излучением 19 линий в диапазоне 0,49 – 0, 64 мкм. Создана конструкция разрядной трубки, обеспечивающая работу единого лазера на парах кадмия и цинка в смеси с гелием, за счет размещения и регулировки температурой мест испарения и конденсации металлов. Проведен комплекс оптико-спектральных исследований газоразрядной плазмы и излучения этих лазеров, установлен механизм заселения энергетических уровней (Кюн В.В., Дятлов М.К.).
Исследования явления катафореза, процессов сорбции гелия в результате осаждения ионов кадмия в зоне конденсации паров, контура спектральных линий и оптимизации коэффициента усиления за счет замены естественного кадмия на изотоп кадмий-114 привели к разработке в 1970 году гелий-кадмиевого лазера ЛГ-31 (Дятлов М.К.) с мощностью излучения на длине волны 0,4416 мкм и долговечностью 500 часов, использующий для зажигания и формирования разряда подогревной алюмосиликатный катод.
Лазер в этом же 1970 году был освоен в производстве на опытном заводе.
3.6. Лазеры на углекислом газе.
В 1967 году начались работы по исследованию разряда и газовых лазеров непрерывного действия на основе углекислого газа с излучением на вращательных переходах молекулы СО2 в области 10,6 мкм. Изучались зависимости мощности генерации и стабильность ее во времени от состава активной среды, материала электродов, конструкции и технологической обработки разрядных трубок, выбора зеркал, что позволило в 1968 году разработать первый отечественный отпаянный СО2-лазер ЛГ-187 (Горелик А.В., Иванова Э.А., Остапченко Е.П.) с мощностью излучения 15 Вт.
Лазер был сразу освоен в производстве на опытном заводе.
Для активных элементов СО2-лазеров в 1970 году разработан стабилизатор газового состава (Авдонькин В.В.), обеспечивающий стабильность концентрации и оптимальное соотношение основных компонентов рабочей смеси в течение более 10 000 часов и повысивший долговечность лазера ЛГ-187 до 500 часов.
4. Совершенствование, модернизация и улучшение параметров лазеров.
1971 – 1980 г.
Если в 1964 г. многие исследователи и разработчики систем хотели посмотреть и попробовать какой-нибудь газовый лазер, то к 1970 году любительская потребность в газовых лазерах в большинстве своем исчерпалась, а появилась необходимость в более надежных, долговечных и более стабильных по параметрам газовых лазерах.
Перед лазерным направлением института стояла задача увеличения количества конструкторско-технологических проектов, использующих современные достижения науки в области материаловедения, расширения количества и типов газовых лазеров, освоенных в серийном производстве, расширения числа работ по разработке устройств на основе лазеров, так как, прежде всего они являются индикаторами потребностей рынка и совершенствования, применяемых в устройствах приборов.
Решение этих задач при некотором насыщении главного корпуса людьми и оборудованием было возможно за счет не большого сокращения количества чисто физических поисковых НИР и переориентации разработчиков на смежные для них научно-технические проблемы на основе накопленного за 60-е годы экспериментального и конструкторско-технологического опыта.
4.1. Совершенствование структуры лазерного направления.
Увеличились разнообразие, объем и число работ, их сложность. Первые изменения структуры института произошли естественным образом уже в конце 60-х годов. Они продолжались и в начале 70-х. В 1971г. директором института назначен Косарев И.И., который оставался на этом посту до 1989г.
В 1973 г. технологическая группа преобразуется в технологическую лабораторию (начальник Киселева Л.И.).
Участки изготовления зеркал и обработки и полировки оптических изделий выводятся из лаборатории оптики и физики плазмы и лазеров, и образуется оптическая лаборатория (начальник Гурьев Т.Т.).
В 1976 г. в связи отъездом из Рязани Остапченко Е.П., переходом его на работу начальником ОКБ Львовского НПО «Полярон» и необходимостью более четкой координации разноплановых работ, улучшения оперативного управления ходом разработок и внедрения в институте создается отделение квантовой электроники. Начальником отделения назначается доктор физико-математических наук Степанов Вл. А. (бывший начальник лаборатории оптики и физики плазмы и лазеров). Образуется несколько отделов.
1978г. Руководители отделения квантовой электроники Красовский В.И., Доронин В.Г., Перебякин В.А., Пшеничников В.И., Ерофеев Ю.А., Дмитриев И.П., Назаров И.Д., Егоров А.Е., Губанов Г.Е., Степанов Вл.А.
Отдел 10. Разработки ионных лазеров на инертных газах и парах металлов и импульсных лазеров (начальник Москаленко В.Ф., а с 1983 года Ага В.И.);
Отдел 110. Разработки молекулярных и гелий неоновых лазеров непрерывного действия (сначала возглавлял Бельский Д.П., а с 1978 года Перебякин В.А.);
Отдел 40. Технологический отдел (начальник Назаров П.Д., а с 1983 года Дронов В.Н.);
Отдел 120. Применение лазеров и разработки источников питания и других средств обеспечения (начальник Алякишев С,А., с 1979 года Пшеничников В.И., а с 1982 года Ларшин А.С.). В 1982 году из состава отдела выделен
Отдел 220. Разработки источников питания и сред автоматического управления (начальник Полетаев Б.К.);
Отдел 160. Конструкторский отдел (начальник Ерофеев Ю.А.);
Отдел 170. Производственно-технологический (начальник Рыбин Ю.И.);
Отдел 210. Оптический отдел (начальник Гурьев Т.Т.)
В 1977 г. создаются дополнительно лаборатория измерительной техники (начальник Дмитриев И.П.), и лаборатория машинного проектирования газоразрядных лазеров (начальник Доронин В.Г.).
В 1980 г. в связи с переходом на другую работу, в Рязанский радиотехнический институт, Степанова Вл. А., начальником отдела квантовой электроники назначается ктн Самородов В.Г.
В 1983 году на базе отделения организован научно-производственный комплекс по разработке газовых лазеров во главе с Самородовым В.Г.
4.2. Гелий - неоновые лазеры.
Разработке и совершенствованию параметров гелий-неоновых лазеров способствовал комплекс проведенных в институте технологических работ.
Исследования эмиссионных свойств твердого тела обеспечили разработку в 1970 г. холодного катода (Беляев В.А.) на основе сплавов АМГ-6 с долговечностью 10 000 час., а в 1977 г. холодного катода (Ивлев А.М.) на основе сплава Д-16 с пленкой из окиси бериллия с долговечностью более 20 000 час.
В 1972 г. освоена технология лазерной заварки металлических поверхностей. В 1976 г. разработано оборудование и технология калибровки длинномерных капилляров (Кодылев А.М.). В 1976-77 г. начали использовать разработанные по нашему заданию, калиброванные длинномерные капилляры Саратовского стекольного завода.
В 1977 г. разработана высокопроизводительная технология откачки малогабаритных активных элементов с холодным катодом на карусельном полуавтомате (Кирсанов Н.Д., Шолина Т.С.) в 10 раз повышающая производительность труда откачников-вакуумщиков.
В 1977-80 г. разработана технология и оборудование для герметизации активных элементов с помощью лазерной заварки окон из оптического стекла ЛК-4 со стеклом С52-1 (Кодылев А.М., Трусов В.С., Косарев И.И.).
Наличие у разработчиков гелий-неоновых приборов холодного долговечного катода позволило осуществить модернизацию и замену гелий-неоновых лазеров с подогревными катодами на лазеры с холодными катодами и повысить их долговечность. Работы по повышению надежности, долговечности и сохраняемости этих лазеров возглавила Киселева Л.И.
В 1971 г. осуществляется модернизация, переход на холодные катоды, внешнюю цилиндрическую форму корпуса прибора и создается лазер ЛГ-75 (Седов Г.С., Базилев А.П.) с мощностью излучения 25 мВт и долговечностью 5000 часов взамен лазера ЛГ-34М.
В 1972 г. осуществляется замена малогабаритного лазера ЛГ-56 на лазер ЛГ-72 (Абрамов В.Я.) с мощностью излучения 2 мВт на длине волны 0,63 мк и долговечностью 5000 часов, разрабатываемого по заказу судостроителей для разметки посадочных мест валопроводов и при нивелировочных корпусных работах.
На базе активного элемента лазера ЛГ-72 в 1972 г. разрабатывается лазер ЛГН-108 (Абрамов В.Я.) для использования в качестве лазерной указки при чтении лекций в школах, вузах и других учебных заведениях.
Также на базе активного элемента лазера ЛГ-72 в 1973 г. разрабатывается лазер ЛГН-109 (Киселева Г.Г., Степанов Вл.А.) для использования в школьном курсе физики. Лазер был оснащен приспособлениями для проведения демонстрационного эксперимента, имел возможность создания при выходе из прибора двух параллельных лучей, вошел в перечень обязательного оборудования для школьных физических кабинетов, что послужило хорошей базой для переговоров с Дятьковским заводом электровакуумных приборов (г. Дятьково, Брянской области, директор Акулов Ю.И.) по внедрению в 1974 г. этого лазера в производство.
Для расширения возможностей гелий-неонового лазера в 1973 г. разработан лазер ЛГ-125 (Базилев А.П., Седов Г.С.) с холодным катодом и системой смены зеркал , обеспечивающий скачкообразный переход излучения за счет замены одного из зеркал резонатора, с длиной волны 0,6328, 1,15 и 3,3 мкм с мощностью излучения 10,5 и 5 мВт соответственно и долговечностью 5000 час.
Старые друзья. Дубовская А.П., Седов Г.С., Базилев А.П.
Освоение технологии лазерной сварки металлических поверхностей и холодных катодов позволили перейти на разработку нового принципа построения малогабаритных активных элементов и самих лазеров. Перейти на конструкцию, в которой стеклянный корпус трубки диаметром существенно большим, чем капилляр, в котором формируется разряд, являлся и держателем зеркал резонатора. Внешний легкий металлический корпус прибора является защитой стеклянного прибора. В 1973 году это заканчивается разработкой серии таких малогабаритных гелий-неоновых лазеров ИЛГН-201, ИЛГН-202, ИЛГН-203 (Тимофеев Б.А.) с мощностью излучения на длине волны 0,63 мкм от 1 до 2 мВт и долговечностью 10000 час.
В 1973 году в обеспечение гелий-неоновых лазеров конструкторский коллектив во главе с Гречищевым М.М. разработал унифицированные по схеме и конструкции источники накачки, имеющие хорошие объемно-весовые показатели, стабильные параметры, аттестованные государственным знаком Качества и вплоть до 1982 г. выпускаемые серийно.
Новые требования заказчиков по мощности излучения и поляризации гелий-неоновых лазеров определили необходимость расширения номенклатуры малогабаритных приборов за счет разработки в 1974 году гелий-неоновых лазеров ЛГН-207А, Б (Тимофеев Б.А.) с мощностью излучения 1,5 и 1,0 мВт при поляризации излучения на длине волны 0,6328 мкм 500:1; гелий-неоновых лазеров ЛГН-208 А, Б (Тимофеев Б.А.) с мощностью излучения 2,0 и 1,0 мВт при поляризации излучения на длине волны 0,6328 мкм 1:1 и в 1975 году гелий-неонового лазера ЛГН-303 (Власов А.Н.) с мощностью излучения 1 мВт. Долговечность на всех трех приборах составляла 10000 часов.
Все перечисленные, кроме ЛГ-109, лазеры были освоены в год разработки в производстве на опытном заводе.
Необходимость в расширении областей применения гелий-неоновых лазеров и апробации новых принципов построения приборов привели к разработке в 1973 - 1974 годах серии гелий-неоновых лазеров, крепление зеркал резонатора в которых осуществляется на основе уголковой конструкции из легкого алюминиевого профиля ЛГ-52, ЛГ-79, ЛГ-80 (Степанов Вяч. А., Васоленко Г.Д.) с излучением на длине волны 0,63 мкм и мощностью 10, 15 и 4 мВт соответственно, высокой стабильностью мощности излучения и долговечностью 10000 час.
Требования заказчиков по снижению напряжения горения разряда и созданию лазеров, работающих от источников с напряжением около 27 в, позволили вспомнить наши работы по возбуждению гелий-неоновой смеси газов в поперечном разряде постоянного (25 в) тока и работы 1969-1975 годах, проводимые совместно с Ташкентским государственным университетом (Мириноятов М.М.), по возбуждению этих газов в поперечном ВЧ разряде в отличие от продольного ВЧ разряда, используемого в первых газовых лазерах. В 1975-76 годах в результате НИР «Дзюдо» (Оськин В.Н., Степанов Вяч.А.) были выработаны физические и конструкторско-технологические рекомендации по достижению оптимальных режимов работы малогабаритных гелий-неоновых лазеров с поперечным ВЧ возбуждением разряда от источника 27 В.
Создание серии лазеров со стабильной мощностью излучения (ЛГ-52, ЛГ-79 и ЛГ-80) и научно-технической базы (НИР «Дзюдо») для продолжения творческих контактов позволили открыть для производства газовых лазеров еще один новый завод – Ровенский завод газоразрядных приборов НПО «Газотрон» (директор Щука В.П., начальник ОКБ Троян В.Г.), на котором лазеры ЛГ-52, ЛГ-70 и ЛГ-80 были освоены в производстве в 1975 и 1976 годах соответственно. Освоение шло также, как и во Львове, через постановку и развитие лазерного направления в ОКБ завода. Для укрепления предприятия лазерными кадрами из НИИ ГРП в Ровно переехало несколько сотрудников (Харитов Д.Н., Асеев В.Д. и др.), которые сразу же заняли на предприятии ведущие позиции и продолжили начатые в НИИ ГРП работы по созданию малогабаритных гелий-неоновых лазеров с ВЧ возбуждением. В 1978 г. в НПО «Газотрон» освоен в производстве гелий-неоновый лазер с ВЧ возбуждением разряда ЛГН-202 (Степанов Вяч.А., Асеев В.Д., Троян В.Г.), ставший первой совместной разработкой НИИ ГРП и НПО «Газотрон». Прибор выпускался в двух модификациях: в стеклянном исполнении с мощностью 1 мВт и в металлокерамическом исполнении 8 мВт.
Разработка технологии калибровки (Кодылев А.М.) и освоение в производстве на Саратовском стекольном заводе калиброванных капилляров позволило продолжить нам продвигать идеологию конструирования цельностеклянных гелий-неоновых лазеров и на большие размеры активных элементов, а следовательно и на большие мощности излучения лазеров. В 1976 г. исследования заканчиваются разработкой лазеров ИЛГН-205 и ИГГН-206 (Абрамов В.Я., Касельский В.А.) с мощностью излучения 15 мВт, нестабильностью мощности излучения 0,5% и долговечностью 10000 час.
Исследования по использованию длинномерных калиброванных капилляров в кооксиальной конструкции активного элемента с новым холодным катодом позволили также в 1977 г. разработать лазер ЛГН-215 (НПО «Полярон») с мощностью излучения 55 мВт, заменяющий во многих системах лазер ЛГ-36А, а в 1978 г. гелий-неоновый лазер ЛГН-220 (Борисовский С.П., Верейкин В.А.) с мощностью излучения 70мВт и долговечностью для обоих приборов 10000 час.
Работы по созданию гелий-неоновых лазеров для систем, работающих в жестких механо-климатических условиях, помимо решения большого количества конструкторско-технических задач потребовали проведения комплекса исследований колебательно-волновых процессов в тлеющем разряде, устойчивости зажигания и горения, влияние тепловых и других перегрузок (Степанов Вяч. А.). Было установлено, что разработка источников питания, особенно, для протяженных разрядных трубок с использованием традиционных радиотехнических приемов не дает хороших результатов. Необходимо понимание того, что активный элемент лазера представляет из себя длинную распределенную линию и его требуется рассматривать в виде радиотехнического контура с нелинейными элементами, параметры которых очень сильно зависят от окружающей его среды, в частности, корпуса прибора (Коненков Н.В., Степанов Вл.А.).
Результатом этих работ было успешное проведение в 1974-1976 г. работ (Степанов Вяч. А.) по разработке малошумящих гелий-неоновых лазеров с излучением по длине волны 1,15 мкм, разработка в 1975 г. гелий-неонового лазера ЛГ-45 (Седов Г.С.) с мощностью излучения 10 мВт в одномодовом режиме на длине волны 0,63 мкм и долговечностью 10 000 час, а также длившаяся в течение нескольких лет (с 1975 по 1982 г.) разработка гелий-неоновых лазеров «Амазонка» для систем посадки самолетов с мощностью излучения 60 мВт на длине волны 0,6328 мкм. Учитывая, необходимость большого количества лазеров для реализации систем посадки, испытуемых в разных природно-климатических условиях, уже на стадии НИР «Амазонка» к ней был подключен и Львовский НПО «Полярон», на котором в 1984 году будет внедрен и лазер ЛГ-45.
Более долговечные катоды и новые технологические возможности позволили осуществить в 1977 году модернизацию гелий-неонового лазера ЛГ-75 и разработать цельностеклянный лазер ЛГН-111 (Седов Г.С., Хилов С.И.) с мощностью излучения 25 мВт и долговечностью 20 000 час, а также модернизацию трехволнового лазера ЛГ-125 и разработать в 1978 г. лазер ЛГН-113 (Базилев А.П.) с излучением на длинах волн 0,63, 1,15 и 3,79 мкм с мощностью 15,3 и 3 мВт соответственно и долговечностью 20 000 час. Лазер ЛГ-111 будет внедрен в производство НПО «Полярон» в 1983 году и станет самым массовым из мощных гелий-неоновых приборов, а лазер ЛГ-125 выпускался опытным заводом.
Из одночастотных гелий-неоновых лазеров осуществлена модернизация лазера ЛГ-149, который заменен в 1974 году на лазер ЛГ-149-1 (Алякишев С.А.) с увеличением долговечности до 10 000 час и уменьшением в 3 раза габаритов и массы прибора и лазера ЛГ-159, который заменен на лазер ЛГ-159-1 (Борисовский С.Г.) также с увеличением долговечности до 10 000 г.
В 1977 году разработан и освоен в производстве на опытном заводе одночастотный малогабаритный гелий-неоновый лазер ЛГ-77 (Борисовский С.П.) с относительный нестабильностью частоты 2·10-9, мощностью излучения около 1 мВт и долговечностью 10 000 час, широко используемый в составе лазерных интерферометров, выпускаемых Новосибирским приборным заводом.
Применение технологии прямой лазерной заварки окон ЛК-4 с трубкой и более долговечных катодов позволили при модернизации лазера ЛГ-149-1 разработать в 1982 году одночастотный гелий-неоновый лазер ЛГ-302 (Борисовский С.П.) и повысить долговечность до 20 000 часов.
4.3. Лазеры на ионизированных инертных газах.
Низкая долговечность лазеров на ионизированном аргоне и криптоне, обусловленная совокупностью проблем, связанных с большими плотностями токов и низкими давлениями газа, определила необходимость в проведении многоплановых конструкторско-технологических работ с активным подключением к ним специалистов и базы технологического отдела (начальник отдела Назаров И.Д.).
В результате этих исследований в 1972 году были созданы первые металлокерамические активные элементы с использованием капилляра из бериллиевой керамики и специализированный участок для работы с изделиями из окиси бериллии;, в 1975 году разработана базовая унифицированная технология (Оглобина Л.Е.) изготовления металлокерамических разрядных каналов; в 1977 году создана технология изготовления длинномерных секционных разрядных каналов из бериллиевой керамики, соединяемых друг с другом через металлический переход с помощью лазерной сварки (Кузьмина В.А.). В 1975 году разработаны прямоканальные спиральные катоды (Палицын В.П., Ивлев А.М.) на токи 15, 25, 50, 100 А с долговечностью 10 000 час. В 1974 году впервые разработана технология бесклеевого соединения кварцевых окон с разрядной трубкой через стеклянно-кварцевый и металлокварцевый переход (Кодылев А.М.).
Результаты комплексных технологических исследований, особенно по замене очень ненадежного кварцевого капилляра на металлокерамический из теплопроводной (из окиси бериллия) керамики позволили осуществить модернизацию активных элементов и разработать лазеры на ионизированных инертных газов повышенной надежности и долговечности.
В 1972-1973 годах осуществлена модернизация лазера ЛГ-106М, в котором кварцевый капилляр заменен на металлокерамический. В разработанном ЛГ-106М-1 лазере на ионизированном аргоне (Мирецкий Б.П.) при мощности излучения 1 Вт в диапазоне 0,45-0,52 мкм долговечность повышена до 1000 часов. В лазере ЛГ-33, также заменен кварцевый капилляр на керамический. В разработанном лазере ЛГ-33М (Орешак О.Н.) при мощности излучения 0,5 Вт на длине волны 0,4880 мкм долговечность повышена также до 1000 часов.
Расширение областей применения определила необходимость в разработке в 1974 г. малогабаритных маломощных лазеров на ионизированном аргоне ЛГ-51 (Мирецкий Б.П.) с мощностью излучения 25мВт на длине волны 0,4880 мкм и ЛГ-69 (Дубцов Ю.А.), перестраиваемого по линиям излучения в диапазоне 0,45 – 0,51 мкм и долговечностью для обоих приборов 1000 часов.
Все перечисленные выше лазеры были освоены в производстве на опытном заводе в 1973 и 1974 годах соответственно.
Наличие более долговечного прямонакального катода на широкий ряд по токам разряда и более совершенной технологии изготовления металлокерамических активных элементов позволили провести разработку в 1976-77 годах лазеров на ионизированном аргоне ЛГН-402 (Базилева С.М.) с мощностью излучения 4 Вт в диапазоне 0,45-0,51 мкм; ЛГН-401 (Орешак О.Н.) взамен лазера ЛГ-33М; ЛГН-502 и ЛГН-503 (Базилева С.М.) с мощностью излучения 2 Вт в диапазоне 0,45-0,51 мкм и мощностью излучения 1 Вт на длине волны 0,4880 мкм; в 1978 году разработку лазера ЛГН-505 (Ага В.И.), имеющего два активных элемента, наполненных аргоном и криптоном, и обеспечивающего излучение в сине-зеленой (0,45-0,51 мкм), красной (0,64-0,68 мкм) и белой областях спектра. Это первый отечественный лазер, излучающий белый свет. Долговечность всех этих лазеров составляла 5000 часов, и они были освоены в производстве на опытном заводе.
Возможность иметь активные элементы лазеров на ионизированных аргоне и криптоне больших размеров определила разработку в 1979 году мощного аргонового лазера ЛГН-511 (Мирецкий Б.П.) с мощностью излучения 10 Вт в диапазоне 0,45-0,51 мкм.
На базе лазера ЛГН-511 был создан первый отечественный перестраиваемый одномодовый аргоновый лазер ультрафиолетового диапазона.(Фото №10.) Наличие длинномерных металлокерамических активных элементов и катодов до 100 А позволило в 1980 г. исследовать потенциальные возможности этих отпаянных приборов в НИР «Акварель» (Быковский В.Ф. - Фото №11.).
Так на ионизированном аргоне с излучением в диапазоне 0,42-0,52 мкм получена мощность 170 Вт, а с излучением в ультрафиолетовой области спектра мощность 3,5 Вт; на ионизированном криптоне с излучением в диапазоне 0,64-0,67 мкм получена мощность 20 Вт (Быковский В.Ф.).
Большое внимание весь данный период было уделено разработке лазеров на ионизированных аргоне и криптоне для специальных систем, работающих в жестких механо-климатических условиях и использующих синее, зеленое или красное излучение. Проведена огромная исследовательская и конструкторско-технологическая работа по изучению режимов охлаждения активных элементов с использованием различных хладоэлементов, и повышению их эффективности; применению различных способов и радиотехнических (электротехнических) решений по повышению КПД и надежности источников питания и др.
После первого нестабилизированного источника питания для лазера ЛГ-106 (Демидов М.Н) был создан ряд уникальных стабилизированных источников питания на отечественных транзисторах с высокими техническими характеристиками на уровне мировых (коэффициент пульсаций менее - 0,1%, нестабильность тока менее – 0,1%) для всего ряда мощных ионных лазеров с токами разряда от 10А до 60А и напряжением горения от 150В до 600В (Дросков А.С.).
Для одной системы лазеры на ионизированном аргоне ЛГ-33, ЛГ-33М и ЛГН-401 (Орешак О.Н.) разрабатывались в период с 1967 по 1976 год. Система представлена на соискание Государственной премии СССР.
Для другой системы «Алиби» лазер на ионизированном аргоне ЛГН-403 (Рязанцев А.А.) разрабатывался в течение 1976-1982 годов.
Для третьей системы «Амазонка» лазер на ионизированном криптоне разрабатывался в период с 1975 по 1982 год, пройдя все стадии НИР и ОКР, так же как и в «Алиби». Учитывая большое количество лазеров, необходимых для проведения испытаний системы в различных природно-климатических регионах, потребовалось большое число приборов уже на ранней стадии работы. Поэтому так же, как и по гелий-неоновым лазерам, к работе уже на стадии НИР был подключен Львовский НПО «Полярон», обеспечивающий все поставки создаваемых лазеров.
Приборы для систем специального назначения и их главные конструктора прошли успешно испытания и в воздухе и на море, на воде и под водой.
4.4. Импульсные газовые лазеры.
В 1971 году открываются новые направления работ по импульсным газовым лазерам, связанные с необходимостью обновления технической базы при производстве изделий микроэлектроники. Комплекс проведенных работ завершился созданием в 1972-1975 годах импульсных газоразрядных лазеров на смеси углекислого газа с гелием ЛГИ-50-1 и ЛГИ-50-2 (Кальвина И.Н.) с излучением на длине волны вращательного перехода молекулы СО2 в области 10,6 мкм с мощностью 200-300 Вт и частотой повторения 50-2000 Гц при среднем ресурсе 8 000-10 000 часов.
Лазеры ЛГИ-50-1 и ЛГИ-50-2 по совокупности параметров превышали зарубежные аналоги, вошли в состав нескольких лазерных полуавтоматических технологических установок для нарезки в номинал прецизионных транзисторов и гибридных интегральных схем, награждены серебряной медалью ВДНХ СССР.
Лазеры ЛГИ-50-1 и ЛГИ-50-2 освоены в производстве на Ровенском заводе газоразрядных приборов НПО «Газотрон».
Исследования по разработке импульсных газовых лазеров на углекислом газе продолжались в направлении изучения физико-химических процессов, условий зажигания и горения разряда, включая механизмы предионизации газа, процессов диссоциации и условий поддержания стабильного состава газовой смеси применительно к малогабаритным лазерам с поперечным возбуждением разряда и атмосферным давлением, т.е. к малогабаритным ТЕА-СО2-лазерам. Положительные результаты по созданию отпаянных малогабаритных ТЕА-СО2-лазеров будут получены из-за сложностей проблемы много лет спустя.
Потребности лазеров в метрологии определили направления исследований по созданию импульсных газовых лазеров для метрологии вначале на переходе неона с длиной волны 0,614 мкм, а затем на атомах ртути с излучением на длине волны 0,615 мкм. В 1976 году разработан импульсный лазер на парах ртути ЛГИ-53 (Киселев Б.В.) с излучением наносекундных импульсов на длине волны 0,615 мкм и средним ресурсом 10 000 часов. Лазер отличался высокой стабильностью временных характеристик.
Разработка в 1974 году технологии бесклеевого соединения кварцевых окон с разрядной трубкой через металло-кварцевый и стеклянно-кварцевый переход (Кодылев А.М.) определила возможность модернизации в 1976-77 годах импульсных газовых лазеров ЛГИ-53, ЛГИ-40, ЛГИ-37-2, выпускаемых на опытном заводе. Отказавшись от клеевых соединений кварцевых окон с трубкой в этих лазерах, существенно повышена надежность и долговечность.
Работы по изучению процессов возбуждения молекулярных газов в импульсном разряде завершились разработкой в 1979 году малогабаритного импульсного лазера на электронных переходах молекулы азота с поперечным возбуждением разряда и излучением на длине волны 0,337 мкм (Печурина С.В.). При небольших размерах активного элемента (230 мм) импульсная мощность лазера достигла 320 кВт при частоте повторения импульсов 10 Гц и 180 кВт при частоте повторения импульсов 100 Гц. Лазер по своим параметрам не уступал в то время лучшим зарубежным аналогам. Лазер освоен в производстве на опытном заводе.
В 1979 году для применения в технологических установка для ретуши фотошаблонов, подгонки тонко- и толстопленочных резисторов и БГИС, изготовления фотошаблонов и их маркировки разработан импульсный лазер на электронных переходах молекулы азота с излучением на длине волн 0,337 мкм с продольным возбуждением разряда ЛГИ-502 (Киселев Б.В.). Мощность излучения лазера 25 и 50 кВт при частоте повторения импульсов 250 Гц и 15 и 30 кВт при частоте повторения импульсов 1000 Гц. Активные элементы азотного лазера за счет использования холодных катодов из нитрида титана, металлокерамических разрядных каналов и цельносварных оптических окон обладают высокими эксплутационными характеристиками, и лазеры по всем параметрам превосходили лучшие зарубежные аналоги. Лазер освоен в производстве на опытном заводе.
4.5. Лазеры на парах металлов. (Гелий-кадмиевые лазеры).
Анализируя спектр излучения лазеров на парах кадмия, цинка и селена мы пришли к выводу, что наиболее интересным для практического использования является излучение ионов кадмия в фиолетовой (0,4416 мкм) и ультрафиолетовой (0,3250 мкм) областях спектра. Несмотря на всю привлекательность спектра излучения ионов селена (19 линий в видном диапазоне) пары селена оказались высокотоксичными и во много раз превосходящими токсичность паров мышьяка. Поэтому разработку гелий-селенового лазера мы предпочли не продолжать. А все усилия направили на разработку серии гелий-кадмиевых лазеров.
В дополнение созданному в 1970 году гелий-кадмиевого лазера ЛГ-31 в 1973-1975 годах разработан ряд гелий-кадмиевых лазеров ЛГ-63 (Куликов Ю.Н.) с мощностью излучения на длине волны 0,4416 мкм 8мВт, ЛГ-70 (Касьян В.Г.), ЛГ-61 и ЛГ-62 (Кюн В.В., Дятлов М.К.) с мощностью излучения 25, 50 и 100 мВт соответственно на этой же длине волны. В 1977 году к ним добавился первый отечественный гелий-кадмиевый лазер с излучением в ультрафиолетовой (0,3250 мкм) области спектра ЛГН-504 (Бондаренко А.В.). Долговечность всех этих гелий-кадмиевых лазеров составляет 10 000 часов.
Гелий-кадмиевые лазеры ЛГ-70, ЛГ-61 и ЛГ-69 освоены в производстве Львовского завода НПО «Полярон» в 1978 и 1979 годах, а ЛГН-504 в 1981 году.
Совместно с Львовским ОКБ и заводом осуществлена модернизация сначала гелий-кадмиевого лазера ЛГ-70, а затем гелий-кадмиевых лазеров ЛГ-61, ЛГ-69 и ЛГН-504. Активные элементы с внутренними зеркалами заменены на активные элементы с окнами под углом Брюстера. Герметизация окон и зеркал осуществляется с помощью пленки ПКС-171 (вместо клея К-400). В гелий-кадмиевых лазерах, излучающих в УФ области спектра, окна из плавленого кварца заменены на окна из кристаллического. Холодные катоды изготавливаются на основе тантала. При изготовлении несущей конструкции прибора используются прогрессивные формы образования, обеспечивающие ее упрощение, переход на новые конструкционные материалы и снижение материалоемкости. Долговечность всех приборов составляет 10 000 часов. Это является хорошим примером развивающегося научно-технологического сотрудничества между НИИ ГРП и НПО «Полярон» и его сотрудниками.
Благодаря короткой длине волны излучения, простоте и удобству эксплуатации, относительно высокой стабильности выходных параметров и надежности эти лазеры находят широкое применение в многих отраслях науки и техники: спектроскопии, фотохимии, медицине, в устройствах записи считывания и преобразования информации, является незаменимым инструментом при записи всех видов голограмм.
4.6. Лазеры на углекислом газе.
Отпаянные лазеры на углекислом газе на первом этапе своего развития испытывали серьезные проблемы сохранения стабильности газового состава, вывода энергии, герметизации, материалов окон и зеркал. Любые попытки разработать надежные приборы этого класса требовали проведения конструкторско-технологических работ по преодолению названных проблем.
В 1970 году, как отмечалось выше, был разработан стабилизатор газового состава (Авдонькин В.В.), обеспечивающий стабильность концентрации и оптимальное соотношение компонентов рабочей смеси в течение более 10 000 час, существенно превосходящий по эффективности отечественные и зарубежные аналоги.
1971-1973 годы. Оптический участок оснащается напылительным оборудованием с безмасляными средствами откачки. Это позволяет завершить исследования по повышению долговечности отражающих покрытий зеркал и их устойчивости к воздействию различных факторов, разработать технологию нанесения отражающих и просветляющих покрытий на оптические элементы для средней ИК-области спектра. Для отражающих поверхностей зеркал мощных СО2 –лазеров создана технология получения устойчивых покрытий из алюминия, серебра и золота (Дубовская А.П.).
В 1973 году разработана технология изготовления оптических элементов из различных монокристаллов для ИК-области спектра (Доронин В.П.).
В 1974 году создается источник питания СО2-лазеров (Остапец В.Н.), учитывающий изменения устойчивости разряда, обусловленные физико-химическими процессами в плазме.
В 1976 году разработана технология бесклеевого соединения окон из германия и арсенида галлия с коваром с помощью специального олово-германий-никелевого припоя (Рябинин В.С.).
В 1979-1980 годах с применением лазерно- и микроплазменной сварки разработана технология изготовления двухсекционных разрядных каналов из керамики 22ХС, а также конструкция и технология изготовления цельнопаяносварной металлокерамической оболочки активного элемента СО2-лазера (Рябин В.С., Куликова Т.А.).
На основе научно-технического задела и опыта, приобретенного в процессе разработки первых отпаянных СО2-лазеров непрерывного действия и воспользовавшись результатами данных технологических работ в 1973 году разработан СО2 –лазер ЛГ-43 (Горелик А.В.) с мощностью излучения 40 Вт на длине волны 10,6 мкм и долговечностью 500 часов.
Лазер ЛГ-43 в течение нескольких лет выпускался опытным заводом, а в 1976 г. был освоен в производстве Дятьковского завода электровакуумных приборов.
Лазер ЛГ-43 разрабатывался для хирургических отделений стационарных клиник, где применялся в установках «Лазерный хирургический нож», и также в терапевтических установках для облучения. Положительные результаты использования данного прибора получены при лечении рака кожи, проведения хирургических операций с одновременной коагуляцией ткани и минимальными кровопотерями. Для визуализации невидимого пучка инфракрасного излучения в корпус ЛГ-43 вмонтировался малогабаритный гелий-неоновый лазер с излучением на длине волны 0,6328 мкм.
Следующей разработкой в 1977 году в этом направлении являлся СО2-лазер ИЛГН-701 (Горелик А.В., Нистратов В.И.) с мощностью излучения 60 Вт на длине волны 10,6 мкм и долговечностью 2000 часов, создаваемый в обеспечение лазерного скальпеля «Саяны-МТ», аттестованного по высшей категории качества.
Лазер ИЛГН-701 в составе установки «Саяны-МТ» и независимо с 1978 года выпускается Дятьковским заводом электровакуумных приборов.
По договорам с Московским полиграфическим институтом (МПИ), длившимся в течение многих лет (1971-1981 г.) на базе лазера ЛГ-43 создан одномодовый с поляризованным излучением СО2 –лазер ЛГ-43-1 (Горелик А.В., Соколов Н.М.) для лазерной гравировальной и для изготовления печатных плат установки, разрабатываемой в МПИ. Реализованная с помощью разработанной установки технология изготовления печатных плат обеспечила высокое качество печати. В 1978 году лазерная гравировальная установка демонстрировалась на ВДНХ и Соколов Н.М., как один из ее создателей, был награжден бронзовой медалью выставки.
В 1977 году в рамках сотрудничества стран СЭВ была организована совместная разработка СО2 –лазера с мощностью излучения 60 Вт для медицинского оборудования. Источник питания разрабатывался в Народной Республике Болгарии, а излучатель лазера в НИИ ГРП на базе СО2 –лазеров ЛГ-43 и ИЛГН-701. Разработанный излучатель в результате проведенной работы удалось повысить до 5000 час.
Расширение областей технологического применения СО2-лазеров, в частности, для термообработки и резки конструкционных материалов, определило необходимость постановки работ по увеличению мощности излучения СО2-лазеров. В 1978 году в результате ОКР «Дагомыс-2» (Горелик А.В.) разработан 4-трубчатый излучатель СО2-лазера с некогерентным сложением излучения и получением мощности 120 Вт.
СО2-лазеры отличаются от других лазеров непрерывного действия не только большой мощностью излучения, которая обеспечивает их применение в различных технологических установках по резке, обработке и гравировке многих материалов; СО2-лазеры обладают и уникальными спектральными особенностями, что дает возможность широкого использования их в системах связи, лазерных лидарах, спектроскопии и т.д. Главной задачей при этом становится – обеспечение одночастотного стабильного режима их генерации.
Созданию таких приборов предшествовали ряд научно-исследовательских работ по изучению стабильности одночастотной генерации и ее зависимости от различных условий и факторов. Из них следует выделить НИР «Айвенго» (Горелик А.В.), в рамках которой были созданы СО2-лазеры, прошедшие успешные испытания с участием сотрудников института при исследовании атмосферных явлений и прохождении излучения лазера через атмосферу.
В 1978 году был разработан одномодовый одночастотный СО2-лазер для метрологии ЛГ-74 (Иванова Э.А.) с мощностью излучения 1 Вт, нестабильностью мощности 3% за 0,5 часа работы прибора, долговечностью 500 час. В то время эти показатели соответствовали уровню зарубежных аналогов. В этом же году прибор освоен в производстве опытного завода.
В период с 1975 по 1983 год разрабатывался одночастотный стабилизированный СО2-лазер для специальных гетеродинных линий связи «Плунжер», работающих в жестких механо-климатических условиях. Активный элемент лазера в процессе исследований и разработок прошел сложный длинный путь от кварцевой трубки с клееными окнами до цельнопаяносварной металлокерамической конструкции. Менялись главные конструктора: начинал Огарев Ю.Н., заканчивал Сипайло А.А. Созданный СО2-лазер ЛГН-901 с возбуждением разряда постоянным током имеет мощность излучения в одночастотном режиме 10 Вт, высокую стабильность мощности и долговечность 10 000 часов.
В 1976-1977 годах совместно с Ташкентским государственным университетом (Мириноятов М.М.) начались исследования одночастотных СО2-лазеров с поперечным ВЧ возбуждением, являющиеся приоритетными в мире (Степанов Вяч. А.). Эти исследования в период с 1976 по 1980 год прошли также стадию и кварцевых, и металлокерамических разрядных трубок различной длины и сечения, включая волноводные. В связи с успехами в разработке технологии создания металлокерамических приборов все основные достижения по одночастотным СО2-лазерам, включая CО2-лазеры с поперечным ВЧ возбуждением, начались, как и у «Плунжера», в начале 80-х годов. В 1981 г. появляется одночастотный СО2-лазер и с поперечным ВЧ возбуждением ЛГ-74 (Степанов Вяч.А) в металлостеклянном варианте прибора и ЛГ-76 (Степанов Вяч. А), в металлокерамическом варианте прибора, с мощностью излучения для обоих вариантов 2 Вт и долговечностью 10 000 часов.
4.7. Устройства на газовых лазерах.
В 1970 году разработано лазерно-контрольное устройство – лазерный интерферометрический измеритель линейных перемещений ИПЛ-1 (Катаев М.И.) для проверки штриховых мер и измерительных машин и для автоматического контроля ходовых винтов прецизионных станков.
С 1973 года контрольно-измерительное устройство ИПЛ-7 освоено в производстве опытного завода. В 1971-1972 годах проведен комплекс исследований по дальнейшему развитию лазерных интерферометров, и создаются функциональные преобразователи с фазовым принципом обработки информации, датчики ввода поправок на изменение параметров окружающей среды на базе стабилизированного одночастотного лазера ЛГ-77.
В 1974 году разработан лазерный измеритель вибраций ИВЛ-1 (Чуляев Б.С.), показавший высокую эффективность при опытно-промышленной эксплуатации его в СКБ «Виброприбор» (г. Таганрог).
В 1974 году разрабатывается установка для резки трубчатого электровакуумного стекла и декорирование сортовой посуды лучом СО2-лазера (Ларшин А.С.).
В 1976-1978 годах разрабатываются лазерные дилатометры ДЛ-1 (Кондратов В.А.) и ДЛ-2 (Жидовинов А.М.) для измерения коэффициентов линейного расширения слабо расширяющихся материалов и сплавов при температуре до 300°С.
В 1977 году разработана установка (Косарев И.И., Исайкин Л.В.) для лучевого фрезерования, скрайбирования и удаления пленок на базе азотных лазеров ЛГИ-502 и ЛГИ-505.
В 1977 году разработан лазерный указатель проектного уклона УКЛ-1 (Мармалев А.И.), предназначенный для управления экскаваторами-дреноукладчиками.
В 1981 году указатель проектного уклона УКЛ-1 освоен в производстве опытного завода. Внедрен в 16 областях нашей страны.
В 1978 году разработано универсальное лазерное нивелирующее устройство для строительства ПИЛ-1 (Исаев А.А.), освоенное в производстве в 1983 году.
Для расширения функциональных возможностей приборов УКЛ-1 и ПИЛ-1 при выполнении геодезических и разметочных работ созданы фотоприемные устройства УФП-1 и ряд оптических приставок и модулей.
В 1978 году после проведения исследований по применению лазеров в качестве опорного луча, являющегося проводником морских и речных судов создано лазерное устройство (Афанасьев В.М.) створного маяка, прошедшего успешные натурные испытания на трассе Северного морского пути и послужило основой для разработки круговых и секторных маяков Балтийским ЦПКБ (г. Ленинград). Разработаны образцы лазерных речных маяков для обеспечения безопасности движения судов на реках и шлюзах.
В 1977 году разработан аппарат электролазерной пунктуры АПЛ-1 (Мишков В.Л.), для лечения нервных, аллергических и других заболеваний методами рефлексотерапии. В 1982 году аппарат освоен в производстве на опытном заводе.
В 1978 году разработана лазерная физиотерапевтическая установка УФЛ-1 (под руководством Седова Г.С.) для стоматологии, дерматологии, гинекологии и других областей медицины. Установка нашла успешное применение.
В 1979 году на основе аргонового лазера разработана лазерная установка экстремальной остановки внутриполостных кровотечений (эндокоагулятор) (Алякишев С.А.).
5. Некоторые итоги. Задачи, пути и результаты дальнейшего развития.
1981 – 2010 г.г.
К началу 80-х годов в Рязани создана широкая номенклатура различных типов газоразрядных лазеров и устройств на их основе с параметрами, не уступающими на тот момент лучшим зарубежным аналогам, которые успешно выпускаются на Львовском НПО «Полярон», Ровенском НПО «Газотрон», Дятьковском электровакуумном заводе и опытном заводе института.
Создана научная, конструкторско-технологическая и организационная основа для дальнейшего совершенствования всех типов газоразрядных лазеров и лазерных устройств. Некоторые из них, такие как технология пайки металлокерамических конструкций, изготовление коаксиальных активных элементов, стабилизации и поддержания газового состава, герметизации активных элементов, прогрессивные холодные и прямонакальные катоды; отражающие покрытия, устойчивые к различным воздействиям; новые принципы конструирования приборов, использующие прогрессивные формообразования и переход на новые конструкционные материалы, и многое другое уже применяется или начинает применяться, существенно улучшая параметры приборов, прежде всего их надежность, долговечность и сохраняемость.
Ряд прогрессивных технологий не внедрялись из-за инерционности разработчиков и отсутствия необходимого дополнительного технологического оборудования и приспособлений, а также по другим причинам. Так, внедрение технологии лазерной заварки стеклянных окон, существенно изменяющей технологию изготовления газовых лазеров и значительно повышающей их надежность, что и произошло в начале 80-х, сдерживалось в этот период из-за увеличения трудоемкости и числа работников, особенно на серийных заводах, которое произойдет на операции герметизации окон при замене клея К-400 или другого герметика на лазерную заварку.
5.1. Ближайшие задачи отделения и первые результаты.
Ближайшими задачами отделения квантовой электроники на последующие годы являлось:
– оперативное и с максимальной эффективностью использование научно технологического задела, созданного в отделении за прошедший период;
– продолжение работ по совершенствованию технологий пайки различных узлов и конструкций, стабилизации газового состава и откачки газовых лазеров;
– разработка технологии и оборудования для создания на основе коаксиальных конструкций цельнопаянных активных элементов и лазеров;
– разработка цельнопаянных гелий-неонового, гелий-кадмиевого и СО2-лазеров;
– модернизация и разработка газовых лазеров с улучшенными характеристиками с учетом новых достижений в области технологии и принципов конструирования приборов;
– разработка инженерных методов проектирования газоразрядных лазеров от конструкции резонатора, источника питания до активной среды с учетом взаимного влияния их друг на друга и параметры лазеров.
Из работ технологической направленности начала 80-х годов можно отметить следующие
Комплекс работ, проведенных в 1980-1983 годах, по разработке технологии и оборудования с участием машиностроительного отдела под руководством Киселевой Л.И. для изготовления цельнопаянных коаксиальных активных элементов гелий-неоновых лазеров с использованием станков-полуавтоматов. Данные работы позволили создать технологическую базу и оборудование для дальнейшей автоматизации производства лазеров.
В 1982-1983 годах разработан высокотемпературный припой на основе хризоберилла, позволяющий получать высокотемпературные соединения трубок и конусов из бериллиевой керамики и открывающий возможности создания цельнопаяносварных длинномерных металлокерамических активных элементов для мощных ионных лазеров и на парах металлов (Рябинин В.С.).
В 1982 году разработаны и внедрены в производство режимы вакуумной обработки активных элементов применительно к новой серии откачных постов с программным управлением и безмасляными средствами откачки (Мюзюкин Г.В., Хорин Л.В.).
Созданная в предыдущий период и разработанная в начале 80-х годов технологическая база послужила основой для продолжения работ по совершенствованию и улучшению параметров всех типов газовых лазеров.
Так в 1982-1983 годах проведены:
– ОКР «Апельсин» (Абрамов В.Я.) по разработке особо надежных конструкций гелий-неоновых, прежде всего малогабаритных лазеров, устойчивых к большим вибрационным перегрузкам;
ОКР «Дельфин» (Перебякин В.А.) по совершенствованию цельностеклянных излучателей гелий-неоновых лазеров с высокой стабильностью параметров, точной фиксацией положения луча относительно посадочных мест, устойчивых к вибрации и механическим ударам, незначительным уровнем пульсации и шумов в излучении;
– ОКР «Даурия» (Огарев Ю.Н.), обеспечивающая за счет использования влагопоглотителей и защиты оптических элементов от продуктов распыления катода повышение в одночастотных металлокерамических с разрядом постоянного тока СО2-лазерах долговечности (наработки на отказ) до 5000 часов и срока сохраняемости до 10 лет;
– ОКР «Доцент» (Борисовский С.П.) по разработке простых по конструкции и несложных в эксплуатации технологических приборов, снабженных устройством диагностики отказов и способных работать в составе комплексов, управляемых ЭВМ. Основой технологических приборов является созданный в рамках ОКР первый отечественный двухчастотный гелий-неоновый лазер;
– ОКР (Кирсанов А.В.) по разработке малогабаритного лазера на ионизированном аргоне с жидкостным охлаждением и повышенными требованиями к стабильности (2,5%) мощности излучения;
– ОКР (Кюн В.В.) по модернизации импульсного азотного лазера ЛГИ-502 и разработке лазера ЛГИ-505, обладающего повышенной устойчивостью к механо-климатическим воздействиям и долговечностью до 5000 часов;
– ОКР (Быковский В.Ф.) по разработке на базе длинномерных керамических активных элементов лазеров на ионизированном аргоне и криптоне повышенной мощности и долговечности;
– ОКР (Касьян В.Г.) по разработке унифицированных технологий и конструкций лазеров на парах кадмия, использующих новые конструкционные материалы, снижающих материалоемкость и повышающих надежность лазеров в фиолетовой и УФ областях спектра.
5.2. Успехи научной деятельности и кадры высшей квалификации.
Разработка и создание новых приборов является реальным материальным воплощением научной мысли и идеи, автором которой является, конечно, конкретный человек или коллектив.
Идея (мысль), являясь интеллектуальной собственностью этого конкретного человека или коллектива, материализуется также в виде научных публикаций, докладов на конференциях, заявок на изобретение, патентов, представляющих документальное подтверждение приоритета человека или коллектива, выдвигающих ту или иную идею.
Все люди, занимающиеся творческим трудом, отличаются друг от друга количеством и качеством материализованной интеллектуальной собственности.
Для установления неких правил игры в оценке количественных и качественных показателей интеллектуальной собственности творческих людей введены критерии в виде квалификационных показателей: ученые степени и звания.
Итоги творческой деятельности любого коллектива оцениваются по следующим показателям:
– количество и качество материализованного продукта деятельности в виде конкретных приборов, устройств, систем;
– количество и качество изобретений и патентов;
– количество и качество научных публикаций, книг и т.п.;
– количество специалистов с учеными степенями и званиями с их градацией.
Весовое значение каждого из этих показателей успеха (деятельности) коллектива для предприятий, работающих в разных сферах человеческой деятельности разное, но они являются объективной, неотъемлемой и взаимообусловленной реальностью.
По первому показателю, как видно из приведенных в данной статье фактах, наблюдается динамика роста и количества, и качества разработанных в Рязани газоразрядных лазеров многих типов.
Результаты четвертого показателя в деле подготовки кадров высшей квалификации за прошедший период, приведены в таблицах 1 – 3.
Таблица 1
В таблице представлена география мест защиты и фамилии основных научных руководителей. В таблице, к сожалению, возможны незначительные неточности и количестве и местах защиты кандидатов наук.
В Минске (институт физики АН) защищено 6, Москве (ФИАН, МИФИ, МГУ, МИЭТ, НПО «Полюс», ВНИОФИ) – 11, Санкт-Петербурге (ЛГУ, ЛПИ, ЛЭТИ, ЛИТМО) – 12, Риге (РГУ) – 3, Саратове (СГУ) – 2, Новосибирске (институт метрологии и автоматизации СОАН) – 2 и Рязани (РРТА, РГУ) – 19 кандидатских и докторских диссертаций. Всего в Рязани по лазерному направлению защищено более 50 кандидатских и 8 докторских диссертаций.
Видна разветвленная география мест защиты, что подтверждает широту и глубину научных связей, возникших между сотрудниками НИИ ГРП с организациями, с которыми сложились творческие научно-производственные, полезные для обеих сторон контакты, и в которых действуют еще и диссертационные советы.
Более четкая динамика подготовки кандидатов и докторов наук по проблемам газоразрядных лазеров по годам представлена в таблицах 2 и 3.
Таблица 2
* Примечание. В связи с перерегистрацией диссертационных советов, временного приостановления защит по лазерной тематике в Рязани, 2 кандидатские диссертации по проблемам газовых лазеров защищены по плазменной электронике и 4 кандидатские диссертации по лазерам находятся в ожидании начала работы совета и должны защититься до конца 2010 года.
Из таблицы 2 видно, что наибольшее количество кандидатских диссертаций защищено сотрудниками НИИ ГРП по материалам своих исследований в период 1970-1980 годы и 1980-1990 годы и резко уменьшившееся в период с 1990 по 2010 год, и особенно в период с 2000 по 2010 год. Это подтверждает высокую активность работников лазерного отделения в эти периоды в реализации новых научных и научно-технологических идей и разработке новых приборов. И спадающую активность к концу 90-х годов и началу XXI века.
Анализ приведенной в таблицах информации показывает также на возрастание, начиная с 1980 года количества кандидатских диссертаций, защищенных под руководством дфмн, профессора Степанова Вл.А., осуществленных по результатам исследовании, выполненных в НИИ ГРП, Рязанской радиотехнической академии (сегодня – университет) и Рязанском государственном педагогическом институте (сегодня – РГУ).
Выполнение возникших перед лазерным направлением задач, как показало время, в период с 1980 по 2010 год проходило по двум струям. Основная была в НИИ ГРП для реализации конструкторско-технологических проблем при разработке и совершенствовании приборов. Вторая – в указанных выше рязанских вузах, где работал заведующим кафедрой Степанов Вл.А. и который являлся научным руководителем многих исполнителей проектов и руководителей лабораторий и отделов НИИ ГРП (Белкин А.М., Кодылев А.М., Оськин В.Н., Пшеничников В.И., Новиков В.И., Мольков С.И, Кирсанов А.В., Ага В.И., Хохулин В.А., Шишканов Е.Ф.). Все диссертационные исследования соискатели выполняли, естественно, сверх основной работы по разработке и совершенствованию того или иного газового лазера, предусмотренной в закрепленных за ними НИР и ОКР.
В этот период в Рязани сложилась очень плодотворная творческая обстановка, позволившая объединить инженерно-технологическую базу отделения квантовой электроники и научно-методические возможности ученых вузов. Стали возможными создание теоретических основ компьютерной инженерной разработки газовых лазеров и поиск новых научных приемов и методов, которые могут себе позволить всегда ученые, не обремененные жесткими конструкторскими проблемами, но вынужденные искать и находить их в связи со своей профессиональной деятельностью в вузах и академии наук.
Усиление фундаментальных исследований по газовым лазерам, произошедшее в этих рязанских вузах, имело и другую положительную сторону, которая наиболее ярко начала проявляться к концу анализируемого периода.
В период с 2000 по 2010 год по газовым лазерам, как видно из таблиц 2 и 3 защищено только две кандидатские диссертации (Шишканов Е.Ф., Веснов И.Г.) и 5 докторских (Чуляева Е.Г, Мольков С.И., Власов А.Н., Демкин В.Н., Козлов Б.А.). Это свидетельствует о желании и возможностях опытных, уже бывших, кроме Чуляевой Е.Г., работников НИИ ГРП, которые как бы подвели некие итоги деятельности, каждый в своей области и о спаде интереса молодых делать науку.
Обеспечить усиление интереса студентов и аспирантов к лазерной науке можно только через процесс обучения и проведения с ними соответствующих научных исследований и научно-производственных практик на предприятиях. Для поддержания и усиления этого интереса нами дополнительно к специальности «Физическая электроника» открыта аспирантура и магистратура по «Лазерной физике», укрепилось наполнение планов дисциплинами по лазерным устройствам и технологиям.
Число уменьшающихся кандидатских диссертаций по лазерной тематике в результате проведенных мероприятий приостановлено и имеет тенденцию к серьезному возрастанию уже в ближайшее время. Только до конца 2010 года планируется защита не менее 4 работ. Для НИИ ГРП и промышленных предприятий Рязани, осваивающих и внедряющих лазерные устройства и технологии, появились реальные возможности для укрепления и омоложения своих кадров.
5.3. Взаимодействие практики и теории. Некоторые результаты исследований.
Газоразрядный лазер представляет из себя сложный комплекс, состоящий из нескольких независимых друг от друга частей:
– корпуса, являющегося держателем оптических элементов резонатора и активного элемента,
– источника питания на постоянном, импульсном и высокочатотном токах,
– активного элемента лазера,
–системы охлаждения и стабилизации и тд.
Взаимодействие специалистов из промышленности и вузов, в том числе и на уровне аспирантов при едином научном руководстве позволило к проблеме теоретических основ инженерной компьютерной разработки газоразрядных лазеров подойти комплексно, разделив по отдельным частям ряд узких проблем (Степанов Вл.А.)
Разработан унифицированный подход с использованием программ на ЭВМ к созданию источников питания для любых типов газовых лазеров с позиций нелинейного выходного радиотехнического контура, параметры элементов которого зависят от характеристик газового разряда активной среды и способов размещения разрядной трубки внутри корпуса резонатора (Пшеничников В.И., Коненков Н.В.).
Разработан унифицированный подход к конструированию стержневых и коаксиальных резонаторов газоразрядных лазеров на примере распределенной несимметричной конструкции сосредоточенными массами, упругими и жесткими закреплениями, учитывающий возможные в широком диапазоне параметров статические и динамические вибрационные нагрузки (Смиренский О.Г.).
Разработана методика компьютерного инженерного расчета гелий-неоновых лазеров, с поперечным ВЧ возбуждением, включающая в себя модель и эквивалентную схему поперечного высокочастотного разряда в узких капиллярах; способ определения энергетического спектра электронов, расчета заселенности энергетических уровней гелия и неона и радиального распределения параметров плазмы; зависимость выходных характеристик излучения лазера от параметров активной среды и способов согласования с ВЧ генератором (Оськин В.А., Степанов Вл.А.).
Разработаны компьютерные методы расчета активной среды и параметров (коэффициента усиления и мощности излучения) гелий-неоновых, аргоновых, гелий-кадмиевых, азотных и СО2-лазеров в зависимости от параметров активной среды (давление, ток, диаметр и длина разрядной трубки, соотношение компонентов смеси и т.д.), учитывающие влияние различных видов резонаторов, степени диссоциации газов в разряде (Мольков С.И., Новиков В.И.).
Комплекс работ по изучению физических процессов, способа возбуждения, поддержания равномерности горения разряда и стабильности состава газа в течение длительного периода времени позволили разработать инженерный компьютерный метод расчетов параметров и создать первый отечественный малогабаритный отпаянный ТЕА-СО2-лазер (Козлов Б.А., Соловьев В.И., Коротченко В.А.)
Комплекс работ по исследованию колебательно-волновых процессов в тлеющем разряде, в гелий-неоновой и гелий-кадмиевой смесях в частности, позволили установить механизмы образования стратовых и релаксационных колебаний, условия возникновения бифуркационных стохастических колебаний и связь их с параметрами активных элементов (ток, давление, соотношение компонентов, диаметр трубки и т.д.) с режимами их технологической обработки, характеристиками холодных катодов (Чиркин М.В., Степанов Вл.А., Александров Л.С., Маннанов А.Ф., Морозов Д.А.).
Проведенные исследования колебательно-волновых процессов позволили установить корелляцию между амплитудой, частотой и видом колебаний с ресурсом гелий-неоновых линейных и кольцевых лазеров, что дало возможность разработать технологию изготовления холодных катодов с минимальной работой выхода и неразрушающие методы и аппаратуру для ускоренного контроля ресурса этих лазеров (Чиркин М.В., Морозов Д.А., Крютченко О.Н., Степанов Вл.А., Киселева Л.И.).
Технология изготовления холодных катодов для линейных и кольцевых гелий-неоновых лазеров и методика неразрушающего контроля их параметров внедрена в производстве в лазерных Центрах НИИ ГРП, в Львовском НПО «Полярон» и ЗАО «Завод Лазеравиа» (П. Серпухов, Московская область) (Киселева Л.И., Чиркин М.В., Аксенов Л.С., Морозов Д.А., Крютченко О.Н.).
Проведен комплекс работ по исследованию одночастотных металлокерамических с высокими эксплуатационными характеристиками волноводных СО2-лазеров с возбуждением разряда постоянным током (Сипайло А.А.) и токами высокой частоты при поперечном возбуждении разряда (Оськин В.Н.). Это позволило установить существенные преимущества при реализации волноводного режима в одночастотных СО2-лазерах для поперечного ВЧ разряда; способствовало унификации конструкции и технологии и осуществлению разработки серии металлокерамических цельнопаяносварных высоконадежных волноводных одночастотных СО2-лазеров: LCD-1A, LCD-3A, LCD-10A, LCD-10WG, LCD-10AG, LCD-5WGT, LCD-15A, LCD-15W, LCD-20A, LCD-25W, LCD-15WG, LCD-50W, с мощностью излучения от 0,5 до 50 Вт и долговечностью 5000 часов при длине излучателя от 260 до 780 мм и массе от 2,0 до 6,0 кг.
Лазеры находятся на уровне лучших зарубежных аналогов и пользуются спросом за рубежом.
Комплекс исследований по унификации принципов конструирования с учетом прогрессивных форм образования и использованием опыта работы с серийно выпускаемыми приборами, включающего использование активных элементов с окнами под углом Брюстера, позволил разработать серию высоконадежных гелий-кадмиевых лазеров ГКЛ-50В, ГКЛ-60В(И), ГКЛ-60ВМ(И), ГКЛ-100В, ГКЛ-100В(И) с мощностью излучения на длине волны 0,442 мкм 60, 80, 100 и 150 мВт (Касьян В.Г.) и серию гелий-кадмиевых лазеров ГКЛ-40, ГКЛ-40М, ГКЛ-40(И), ГКЛ-100(И) с излучением на длинах волн 0,325 и 0,442 мкм с мощностью 5/35, 10/40, 15/50, 30/100 мВт соответственно. Приборы широко используются в производстве голографических оптических элементов, метрологии, биохимии, полиграфии, медицинской диагностике и терапии, а также серию гелий-кадмиевых лазеров ГКЛ-10У, ГКЛ-30УМ(П), ГКЛ-30УМ(И), ГКЛ-100У(И) с излучением на длине волны 0,325 мкм и мощностью 10,30, 35 и 30 мВт и различающиеся степенью поляризации излучения.
Работы по совершенствованию технологии производства, подлежащего автоматизации, по упрощению конструкции активного элемента и повышению стабильности его параметров позволили впервые разработать гелий-кадмиевые лазеры серии ГККЛ с неюстируемыми, как и в гелий-неоновых приборах, активными элементами с излучением на длине волны 0,442 мкм и мощностью от 10 до 25мВт и на длине волны 0,325 мкм и мощностью от 6 до 25 мВт. Высокая стабильность генерации обеспечивается автоматическим управлением температурой стенки внешней оболочки газового лазера путем изменения воздушного потока в зависимости от температуры окружающей среды.
Использование компьютерных методов расчета активной среды и параметров лазеров на ионизированных инертных газах (Мольков Г.И.) и наличие технологий пайки металлокерамических активных элементов из бериллиевой керамики и технологии оптических окон из ЛК-4 со стеклом позволило провести комплекс научно-технологических работ по унификации активных элементов и узлов, разработке инженерных методов конструирования лазеров на ионизированном аргоне и криптоне (Хохулин В.А.). Эти и ряд других работ по источникам питания, длинномерным активным элементам и способам выделения генерации на отдельных спектральных линиях позволили:
– модернизировать самый первый аргоновый лазер ЛГ-106М-1, обеспечив возможность постановки в корпус прибора новых активных элементов и получения генерации на аргоне, криптоне в отдельности и вместе;
– разработать ионные лазеры серии ЛГН: ЛГН-514 с мощностью излучения 100 мВт в диапазоне 0,457-0,514 мкм, ЛГН-512, ЛГН-513 и ЛГН-514 на ионизированном аргоне со спектром в УФ (0,351; 0,368 мкм), в диапазоне 0,457-0,514 мкм и на отдельных линиях поляризованного излучения с мощностью до 2 Вт; ЛГН-519 на ионизированном аргоне с мощностью 4 Вт в сине-зеленой области спектра и до 0,5 Вт в одночастотном режиме на синей или зеленой линиях; на ионизированном криптоне с мощностью излучения 1 Вт в красной области спектра и 0,25 Вт в одночастотном режиме; на аргоне и криптоне одновременно с суммарной мощностью излучения 2 Вт в широком диапазоне спектра;
– разработать ионные лазеры серии М: М-951 на ионизированном аргоне с мощностью излучения 10 Вт в диапазоне 0,457-0,514 мкм и мощностью излучения от 0,2 до 4 Вт на отдельных линиях в этом спектральном интервале; М-951К на ионизированном криптоне с мощностью излучения 4 Вт на линиях 0,6471(3,5Вт) и 0,6764(0,5 Вт); М-951АК – на аргоне и криптоне одновременно с мощностью излучения около 5 Вт в широком диапазоне спектра;
- разработать ионные лазеры серии Д: Д-20 на ионизированном аргоне с мощностью излучения 12 Вт в диапазоне 0,457-0,514 мкм спектра; 1 Вт в УФ диапазоне 0,351-0,368 мкм; в одночастотном режиме с мощностью излучения 2 Вт на линиях (0,5445 мкм или 0,488 мкм); Д-5К на ионизированном криптоне и Д-5АК – на аргоне и криптоне. (Быковский В.Ф. Дросков А.С.)
Все разработанные лазеры на ионизированном аргоне и криптоне отличаются высокой надежностью и долговечностью, по параметрам не уступали лучшим зарубежным аналогам и пользуются спросом.
В результате проведенного комплекса работ по совершенствованию технологии цельнопаянных стеклянных коаксиальных гелий-неоновых лазеров (Седов Г.С., Тимофеев Б.А., Киселева Л.И., Хилов С.И. и др.), позволившего унифицировать и узлы, и технологические процессы производства этих приборов, были разработаны:
- гелий-неоновые лазеры серии ГН: ГН-0,5, ГН-1, ГН-2П, ГН-3, ГН-5, ГН-10, ГН-15, ГН-25, ГН-40, ГН-60, ГН-70, ГН-80 с мощностью излучения на длине волны 0,6328 мкм от 0,5 до 80 мВт и разной степенью поляризации;
- гелий-неоновые лазеры серии ЛГН: ЛГН-223, ЛГН-225А, ЛГН-226А, ЛГН-115, ЛГН-118 с мощностью излучения на длине волны 0,6328 мкм от 1,5 до 25 мВт и разной степенью поляризации;
- одночастотные гелий-неоновые лазеры ЛГН-303 (Власов А.Н.), двухчастотные стабилизированные лазеры серии ЛГН-212 (Борисовский С.П.);
- гелий-неоновые лазеры серии ГНИК: ГНИК-1-1, ГНИК-1-2, ГНИК-5 с излучением в инфракрасной области спектра на длинах волн 1,15, 3,39 и 5,4 мкм и мощностью от 1,5 до 23 мВт с поляризованным и неполяризованным излучением (Базилев А.П.).
Разработанные гелий-неоновые лазеры отличались высокой надежностью, долговечностью (испытания приборов на ресурс позволили получить долговечность 86 000 часов) и сохраняемостью, по параметрам не уступали лучшим зарубежным аналогам и пользовались спросом в России и за рубежом.
Наглядным примером хорошего взаимопонимания науки и производства и реализации комплексного подхода при внедрении инженерных методов проектирования газовых лазеров может служить также разработка волноводного щелевого СО2-лазера с поперечным ВЧ возбуждением.
Работа продолжалась в течение многих (с 2001 по 2009 год) лет. В это время разработаны методы расчета неустойчивых резонаторов и их влияния на выходные характеристики щелевых волноводных СО2-лазеров, изучены процессы и возможности стабилизации газового состава, влияние и способы поддержания устойчивого ВЧ разряда, унифицированные технологические процессы пайки и герметизации и др. (Шишканов Е.Ф., Мольков С.И., Очкин В.Н., Степанов Вл.А.).
Результатом этой комплексной научно-конструкторско-технологической работы является разработка одночастотного волноводного цельнопаянного металлокерамического СО2-лазера LCDP-200 (Шишканов Е.Ф., Кюн В.В.) с рекордной удельной мощностью излучения 200 Вт при длине излучателя 720 мм и долговечностью 2000 часов.
2010г. ЗАО «Лазервариоракурс». Ветераны в строю.
Быковский В.Ф., Базилева С.М., Саморукова Т.П., Малькова Г.И., Дросков А.С.
