13.08.2001 Международная выставка "Лазер - 2001" (Часть 2)

Сегодня я предлагаю вашему вниманию вторую, заключительную часть репортажа Натальи Королёвой с Международной выставки «Лазер-2001», прошедшей недавно в Мюнхене.

Чтобы получить представление о новых и малоизвестных возможностях лазеров, посетителю непременно следовало заглянуть на стенд европейского научно-исследовательского центра «Caesar». О том, что луч лазер как режущий инструмент широко используется, скажем, в металлообработке, знает каждый, но мало кто слышал о том, что хирурги намерены лазерным лучом пилить кости.

На выставке в Мюнхене учёные центра «Caesar» представили импульсный лазер на основе двуокиси углерода, разработанный специально для хирургических нужд.

Во-первых, он гораздо точнее, чем механическая пила. А во-вторых, применение механической пилы приводит к деформации и разрушению костной ткани вдоль линии разреза, что значительно замедляет потом процесс срастания костей. Лазерная пила лишена этого недостатка. Профессор Петер Геринг, один из разработчиков нового прибора, поясняет:

Мы осуществляем то, что сами называем термо-механическим микровзрывом. Лазер испускает короткие импульсы, которые, словно уколами иглы, долбят костную ткань, заставляя её мгновенно испаряться. И процесс этот столь быстротечен, что никакого нагрева соседних с разрезом участков кости не происходит.

В самое ближайшее время новый метод пройдёт испытания в одной из мюнхенских клиник. В каких областях он может найти применение? Научный сотрудник центра «Caesar» Йенс Бонгарц говорит:

В пластической хирургии, где работа на лицевых костях требует исключительной точности. Или в нейрохирургии, когда необходимо произвести трепанацию черепа. Использование импульсного лазера позволяет исключить негативные последствия, связанные с образованием костных опилок, а также с износом пилы. Дело в том, что от обычной пилы в операционном поле остаются, пусть и микроскопические, частицы металла, и они могут исказить результаты послеоперационного обследования с применением таких методов диагностики, как магнитно-резонансная томография или магнитная энцефалография. А поскольку лазерный луч – это бесконтактный режущий инструмент, такие проблемы не возникают.

Специально для пластической хирургии боннские учёные разработали ещё один лазер – тоже импульсный, но не газовый, а твердотельный. Его назначение – быстро и точно строить трёхмерные голограммы для подготовки операции по восстановлению лица пациента, если оно обезображено, например, в результате тяжёлой травмы. Традиционно для этих целей используется фотография – метод медленный и не слишком точный. А лазер способен реконструировать лицо на экране компьютера за считаные секунды.

Учёные Университета имени Фридриха Шиллера в городе Йена привезли в Мюнхен специальные кристаллы и зеркала совершенно нового типа. Такие компоненты позволят создать лазер с диодной накачкой, способный испускать короткие импульсы мощностью в один петаватт, то есть один миллиард мегаватт. Это – больше, чем суммарная мощность всех электростанций мира. В какой же области найдет применение этот уникальный лазер? Научный сотрудник Института оптики и квантовой электроники при Йенском университете Йоахим Хайн поясняет:

Его можно будет использовать для проведения астрофизических экспериментов. Он позволит учёным воссоздать условия, возникающие при взрыве сверхновых. С его помощью можно создавать новые радиоактивные изотопы – например, для лучевой диагностики и лучевой терапии. Он позволит разгонять элементарные частицы до околосветовых скоростей, а также генерировать короткие импульсы в диапазонах рентгеновского и гамма- излучения. Для создания такого сверхмощного лазера мы объединяем в одну систему 4 500 лазеров, каждый из которых в 100 тысяч раз мощнее, чем, скажем, лазер в бытовом проигрывателе компакт-дисков. Супер-лазер будет введён в эксплуатацию через четыре года.

Столько посетителей, сколько собралось у стенда Краснодарского научно-технического центра «ФИРН» , я не видела ни у одной экспозиции. Расхватали подчистую все брошюры и каталоги.

Центр существует уже 10 лет, его специализация – выращивание новых кристаллов для лазеров. Последний образец продукции центра «ФИРН» был расценён в Мюнхене как «мировой рекорд». Генеральный директор центра Олег Кузьмин рассказывает:

Нами разработана технология принципиально нового кристалла – лантан-скандиевого бората, или скандобората лантана LaSc3(BO3)4, – который позволяет изготовлять активные элементы для твердотельных лазеров толщиной от 150 микрон. Благодаря этому возникла идея создания так называемого микрорезонатора, или микролазера. Вот эту новую продукцию мы и привезли на выставку. Аналогичной продукции мы здесь не увидели.

Само понятие микролазера уже подразумевает то, что его можно использовать там, где требуется миниатюрное изделие. В первую очередь, это считывание и запись информации. На сегодняшний день на всех компьютерных системах запись и считывание производится красным лазером – лазерным диодом с длиной волны 635 нанометров. Наш микролазер – зелёный, он излучает на 531 нанометр. То есть использование его, допустим, в компьютерной технике позволит повысить объём записи на порядок. На том же самом диске вы будете иметь информации в 10 раз больше, нежели сейчас.

Лазеры, производимые в научно-техническом центре «ФИРН», можно с успехом использовать и в медицине, – говорит Олег Кузьмин:

На сегодняшний день в медицине существует проблема приваривания сетчатки у больных, если она отслаивается. Там применяются мощные аргоновые лазеры, которые требуют не только больших энергозатрат, но и специфической системы водяного охлаждения, и много ещё чего. Наш лазер, по сравнению с аргоновым, будет более компактным, более надёжным.

А трёхмикронный лазер, который мы тоже собираемся создать в ближайшее время, поможет стоматологам обходиться уже без традиционной бормашины, которая вызывает ужас у детей да и у многих взрослых, и проводить все эти операции практически безболезненно.

В московскую Лазерную ассоциацию, созданную более 10-ти лет назад и хорошо известную во всём мире, входят многие лазерные центры стран СНГ и Балтии. Основная задача ассоциации – налаживание обмена информацией, публикация статей по тематике, проведение выставок и конференций. С наиболее интересными разработками лазерщиков из СНГ меня знакомит президент Лазерной ассоциации, профессор Иван Ковш. Свой «экскурс» он начинает с Центра лазерных технологий в Санкт-Петербурге, который специализируется на обработке материалов:

Маркёры, которые они сделали, сейчас широко используются, причём, в самых разных областях: начиная от продукции металлообрабатывающего завода до ювелирных изделий. Известно, что все кольца, все золотые украшения имеют пробу. Если делать это механически, то даже маленькое нажатие деформирует кольцо, после чего его приходится подполировывать, чуть-чуть подправлять. Потери составляют микрограммы, но при большом производстве это уже граммы и даже килограммы. Лазерная маркировка полностью исключает потери. И поэтому, когда они её внедряли, то столкнулись с бешеным сопротивлением тех, кто эти потери утилизовал.

Белорусская фирма «ЛЕМТ» из Минска представила медицинское лазерное оборудование самого разного назначения: аппаратуру для бесконтактного анализа крови, приборы для диагностики опухолей, специальные эндоскопы с лазерным световодом для прижигания язв. Сегодня лазерная технология применяется в каждой пятой из проводимых в мире медицинских процедур. Через пять лет так будет осуществляться уже каждая третья процедура. Иван Ковш рассказывает о преимуществах техники фирмы «ЛЕМТ»:

Это совершенно фантастические методы лечения. Известно, что сегодня многие операции делаются с помощью лазера эндоскопически. Через естественное отверстие тела вводится тонкий эндоскоп с лазерным световодом, и луч доставляется в нужное место: что-то прижигает, выжигает, стимулирует. Потом эндоскоп извлекается, и человек здоров через два часа. И не надо ничего ни вскрывать, ни разрезать. Нет крови, нет потерь.

Иван Ковш обращает моё внимание на аппарат, предназначенный для использования в дерматологии:

Это лазер на парах меди. Тоже уникальная система, не имеющая пока аналогов в мире. Лазер на парах меди – это жёлтая линия, которая очень эффективна при воздействии на кожу. Она очень избирательно поглощается и поэтому позволяет убирать дефекты кожи: винные пятна, меланомы, веснушки. С помощью такого лазера можно амбулаторно, за один-два сеанса, сделать человека красавцем. Скажем, такое пятно, как у нашего любимого Михаила Сергеевича Горбачева, можно было бы убрать за пару сеансов по 15 минут. Но он его бережёт, иначе узнавать перестанут. С помощью лазера можно двигать отдельные биологические клетки, ставить их в нужные точки. Можно вторгаться в генетическую структуру и править положение отдельных элементов генетической цепи – пока, конечно, только в лаборатории. Кстати, других способов «подвинуть клеточку» сегодня нет. Только лазерным лучом.

На соседнем стенде представлены изделия российского лазерного центра «НПО Астрофизика». Когда-то он был закрытым и разрабатывал лазерное оружие, а теперь занимается мирными исследованиями – например, в области гелиоэнергетики. Профессор Ковш поясняет:

Они сделали системы, которые в условиях России, с нашей зимой, с нашим дождливым летом, обогревают нормальный дом полностью, без электричества, в течение года. За счёт концентраторов солнечной энергии. И, соответственно, батарей, подзаряжающихся, когда солнце есть, и расходующих, когда солнца нет.

Номенклатура изделий, представленных центром «НПО Астрофизика», включала и лазерные дистанционные газоанализаторы. Иван Ковш поясняет такой пример:

Известно, что лазер очень широко используется в экологическом мониторинге: примеси различные, газы, аэрозоли в воздухе. Чтобы их определить вовремя – не тогда, когда всё уже горит и отравляется, а до того, – можно использовать только лазер. Других способов нет. Потому что это бесконтактно, в реальном времени, это мгновенно определяется, с высокой точностью. Вот такие системы они предлагают, причём самые разнообразные.

«НПО Астрофизика» производит также системы лазерной локации и дальнометрии, предназначенные для железнодорожного и воздушного транспорта.

Известно, что после нескольких поездов по путям проходит контрольный поезд, который проверяет состояние рельсов, стрелок и прочее. Они сделали системы двух типов. Одна из них – это контроль самого пути, а вторая система позволяет точно регистрировать, что происходит вокруг пути. Это своего рода технический вариант зрения, который мгновенно реагирует буквально на всё: на машину, неожиданно вылетающую из-за поворота, на покосившееся дерево, которое может упасть, на провисший или оборвавшийся провод. Эти специалисты создали также лазерные системы навигации для низколетающих вертолетов – скажем, тех, что контролируют дорожное движение в городе. Как известно, большая проблема для них – обычные провода и антенны, установленные на высоких зданиях. Днём они видны, а ночью – нет. И происходят аварии. Так вот, они сделали системы лазерного слежения, которые – опять-таки с помощью технического зрения – позволяют такие препятствия регистрировать, причём мгновенно, и уклоняться от столкновения. Полёт становится практически безопасным.

Большой популярностью на выставке в Мюнхене пользовался стенд московской научно-производственной фирмы «Лазер-Компакт». Её продукция – малогабаритные твердотельные лазеры с диодной накачкой. Они находят широкое применение в информатике, спектроскопии, медицине, шоу-бизнесе и даже в быту. Немало заказов на них поступило, к примеру, от баварской дистрибьютерской фирмы «Лазер-2000», которая занимается продвижением продукции восточноевропейских, американских и азиатских производителей на западноевропейский рынок. Что же заинтересовало немецких специалистов? Хольгер Штупп, руководитель отдела маркетинга фирмы «Лазер-2000», берёт в руку небольшие стержни, формой и размером напоминающие авторучки:

Вот, к примеру, эти супер-компактные лазерные модули с зелёным лучом мощностью до 20-ти милливатт. Они могут быть использованы как световая указка – во время лекций, докладов, демонстрации диапозитивов в больших аудиториях. Кстати, это первые в мире лазерные указки с зелёным лучом – до сих пор в подобных изделиях использовался красный лазер. А ведь зелёный луч, во-первых, щадит глаза, а во-вторых, позволяет уже при мощности лазера в один милливатт получать яркую точку на расстоянии в сотни метров, причём вне зависимости от степени освещённости помещения.

Пожалуй, наиболее эффективно лазерные технологии используются сегодня в сфере телекоммуникации. В сравнении с обычным медным кабелем лазерный луч имеет целый ряд преимуществ, включая более высокую скорость передачи данных и более широкую полосу пропускания. В области проводной связи лазеров применяются уже давно, теперь настала очередь мобильной связи. Результаты соответствующих исследований продемонстрировал на выставке Берлинский институт информационных технологий имени Генриха Герца. Научный сотрудник института Вольфганг Шлааг поясняет:

Представленная нами здесь технология позволяет с помощью очень компактного лазерного чипа получать микроволну, то есть излучение в диапазоне сверхвысоких частот. Сигнал передаётся по стекловолоконному кабелю в оптическом диапазоне и лишь в самом конце преобразуется в микроволну. При этом мы можем ещё и управлять антенной, состоящей из четырех подвижных элементов, так что она способна поворачиваться, меняя ориентацию в зависимости от того, кому предназначен сигнал. Антенна всегда как бы «смотрит» на того абонента, с которым в данный момент поддерживает связь. Новая система обеспечит скорость передачи информации до 150-ти мегабит в секунду – это в сто раз превышает возможности стандарта UMTS. Уже лет через 10 лазерная технология совершит подлинный переворот в мобильной связи.

Это был репортаж Натальи Королёвой. Хотя физические принципы, лёгшие в основу лазерной технологии, были сформулированы Альбертом Эйнштейном в 1917-м году, первый оптический лазер удалось создать лишь в 1960-м. С тех пор лазеры стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни – достаточно вспомнить о таком приборе, как проигрыватель компакт-дисков. И всё-таки, как показала мюнхенская выставка, развитие лазерной техники, похоже, ещё только начинается...