Для формирования луча на лазерной установке используются специальные основы — именно они преобразовывают свет в направленный пучок. Чаще всего их делают из стекла или монокристаллов, но учёные считают перспективным использование керамик — их структура упрощает технологии изготовления, снижает стоимость и повышает надёжность лазерных систем.

Коммерческие «керамические» лазеры пока не производят, но учёные из многих стран мира активно работают над их созданием. В России первым получить прозрачные керамики для лазеров удалось химикам из Университета Лобачевского.

Для этого они использовали фторопатит — аналог костной ткани. Чтобы сделать его пригодным для лазерных установок, учёные применили технологию горячего прессования. Благодаря ей удалось получить поликристаллы из фторопатита — основу для лазеров нового поколения.

Материал прозрачен и не рассеивает свет. Его структура позволит менять элементы в узлах кристаллической решётки и настраивать лазер под конкретную задачу. Например, его можно будет использовать для малоинвазивных операций в хирургии и косметологии или для определения вредных веществ в атмосфере.

Новые керамики станут основой для создания лазерной установки нового поколения. Сейчас учёные разрабатывают ещё один важный её элемент — добавку, дающую свет, который и преобразовывает основа.

«Для создания активной лазерной среды нужен материал основы (матрица) и добавка, дающая люминесценцию. Мы освоили методику получения плотного оптически прозрачного фторапатита стронция и планируем синтезировать лазерные материалы с активными ионами гольмия и эрбия, генерирующими излучение в диапазоне 2-3 мкм. Конечным итогом разработок должна стать лазерная установка на полученных нанокерамиках», — рассказал автор исследования, заведующий лабораторией оптических керамических материалов ННГУ им. Н.И. Лобачевского Дмитрий Пермин.

Работы ведутся в рамках программы «Приоритет 2030».

Результаты исследований опубликованы в журнале Inorganics в 2023 году.