Световые технологии на службе общества

Заведующий центром «Диагностические системы» Владимир Николаевич Белый рассказал газете «Навука» о деятельности лаборатории оптической диагностики. Приводим полностью текст статьи из № 29 от 20 июля 2015 г.

2015 год был провозглашен ООН Международным годом света и све­товых технологий (МГС-2015). Его проведение представляет собой уникальную возможность повысить всеобщую осведомленность о том, как световые технологии могут со­действовать решению глобальных проблем энергообеспечения, об­разования, сельского хозяйства и здравоохранения. Одно из самых перспективных направлений ис­пользования возможностей све­та, как считает научное общество,развитие лазерно-оптической ди­агностики. Это связано с тем, что лазерно-оптическое диагностиче­ское и измерительное оборудова­ние обладает существенными пре­имуществами: высокой точностью, значительным пространственным разрешением и быстродействием. Об этом и не только мы побеседо­вали с заведующим центром «Диа­гностические системы» (в состав которого входит Лаборатория опти­ческой диагностики) Института фи­зики им. Б.И.Степанова НАН Бе­ларуси, членом-корреспондентом, профессором Владимиром БЕЛЫМ.

БелыйВН

— На чем базируются современные оптические методы и технологии, кото­рые разрабатывает лаборатория опти­ческой диагностики (ЛОД)?

— Базой для исследований является лазер­ная сканирующая микроскопия в сочетании с фемтосекундной микроспектроскопией и рамановской спектроскопией, многоканаль­ная лазерная опто-акустическая дефекто­скопия. фото- акустическая спектроскопия, а также лазерная спекл-интерферометрия, эллипсометрия и оптическая когерентная томография, профилометрия. В их основе — использование квазибездифракцнонных световых пучков; построение изображений объектов во временах затухания флуорес­ценции, позволяющих достигать сверхвысо­кое пространственное разрешение вплоть до нескольких нанометров и многое другое.

— В ЛОД разработано 20 инновацион­ных методов н устройств неразрушаю­щего оптического контроля. Каково их прикладное значение для промышлен­ности и медицины?

— С использованием лазерных пучков но­вого типа созданы быстродействующие опти­ческие профилометры, позволяющие кон­тролировать форму и качество поверхностей различных цилиндрических н конических из­делий в машиностроении. Данная разработка была удостоена золотой медали (на фото) за участие в выставке инноваций и инвестиций, проходившей в 2008 году в Москве.

Кроме того, создана оригинальная техно­логия лазерной спекл-фотометрии для целей бесконтактной диагностики теплофизиче­ских и механических характеристик метал­лов, сплавов и наноматериалов.

Учеными нашей лаборатории сконструи­рованы и «карманные» лазерно-акусти­ческие детекторы сверхмалых концентраций различных газов, в том числе высокотоксич­ных, паров жидких и твердых соединений. Концентрация измеряемых примесей может быть настолько малой, что лазер­ный луч, имеющий длину волны, совпадаю­щую с полосой поглощения этой примеси, распространяясь в такой среде, уменьшает свою интенсивность примерно в три раза на расстоянии в тысячу километров. Такой прибор может быть использован, например, для исследования газового состава дыхания растений и мелких насекомых.

Разработаны не имеющие аналогов ме­тод и монтируемый в производственную технологическую линию прибор для дис­танционного быстродействующего интерферометрического контроля качества поликристаллических пластин для солнечных элементов, а также качества изделий полу­проводниковой электроники. Прибор по­зволяет существенно повысить качество выпускаемой продукции солнечной энергетики.

Одним из самых эффективных ме­тодов в обеспечении более надежной системы защиты ценных документов и подакцизной продукции от подде­лок является наша новая технология создания кодограмм и микрокодов.

В области лазерной нанобиологии и на­номедицины с применением плазмонного резонанса созданы бионаносенсоры для ран­ней диагностики онкологических заболева­ний. На основе конфокальной сканирующей лазерной микроскопии разработаны ориги­нальные методы доставки лекарств внутрь клетки с целью лечения канцерогенных за­болеваний и сахарного диабета. Разработан новый метод двухфотонной конфокальной лазерной микроскопии, который позволяет осуществить внутриклеточную диагностику изменений в тканях человека, обусловлен­ных экологическими и радиологическими факторами. С использованием такой микро­скопии на самом передовом научном уровне изучена конформация белковых структур, маркированных флуоресцентными зонда­ми, с целью выяснения их влияния на биологическую функцию. Нашими учеными с помощью данных технологий исследованы процессы доставки лекарств в клетку и их движение во внутриклеточной среде на мо­лекулярном уровне. Это позволяет выяснить механизмы, определяющие развитие болез­ней человека, в частности, диабета и других опасных заболеваний, в том числе вызван­ных радиоэкологическими эффектами.

Новые методы лазерной акустики и ин­терферометрии дают возможность контро­лировать качество различных композитных материалов и сталей для применений в ма­шиностроении, атомной промышленности и медицинской технике. Многоканальная лазерная оптоакустическая дефектоскопия в комбинации с гетеродинной интерфероме­трией перспективна для создания инноваци­онных приборов для лазерно-акустической скоростной дефектоскопии с высоким про­странственным разрешением.

Сотрудниками ЛОД предложена новая концепция и на этой основе разработан про­тотип интерференционного профилометра для измерения параметров поверхности микроструктур с нанометровой точностью в условиях производства. Показана устойчи­вая работа профилометра в условиях вибра­ции, неточности позиционирования образца н больших рабочих расстояний. Разработанные методы оптического контроля планируется внедрить для контроля процессов плазменного травления (напыления) в реальном масштабе времени.

Основываясь на фундаментальных открытиях научных школ академика Ф.И.Федорова и академика Б.В.Бокутя, а также руководствуясь накопленным опытом исследований в области лазер­ной физики, линейной и нелинейной кристаллооптики, ЛОД осуществляет отвечающую мировому уровню дея­тельность на передовых направлениях науки и технологий.

В настоящее время формируется направление исследований, связан­ное с разработкой и изготовлением новых типов объемных оптических метаматериалов, применением совре­менных методов для установления их характеристик, демонстрацией возможно­сти использования данных метаматериалов для получения изображения с нанометро- вым разрешением и систем интегральной нанофотоники. Данное направление может стать одним из основных в ближайшей пер­спективе.

— Расскажите о сотрудничестве ЛОД с зарубежными организациями.

На базе нашей лаборатории создана Международная лаборатория оптической ди­агностики, являющаяся совместным центром по исследованию и применению оптических и лазерных технологий. Ее приоритетная задача — научно-техническое сотрудниче­ство с зарубежными организациями на вза­имовыгодных условиях. Среди важнейших разработок лаборатории в рамках междуна­родного сотрудничества следует отметить создание так называемого «лазерного пин­цета», который позволяет с помощью ла­зерного луча захватывать и перемещать ми­кро- и наночастицы. Он будет использован для получения искусственных материалов с уникальными свойствами, а также в биоме­дицине, сенсорике и нанотехнологиях. Этот уникальный прибор не имеет аналогов на пространстве СНГ. Представляют интерес также лазерный ультразвуковой дефекто­скоп; новый спекл-фотометрический метод диагностики тепло- и температуропровод­ности наноструктурированных материалов и защитных наноуглеродных покрытий; лазерный фотоакустический сенсор для де­тектирования алкогольных паров в салоне автомобиля. Большой интерес у наших зарубежных коллег вызвал новый метод спектральной эллипсометрии высоко­го пространственного раз­решения для определения новый метод спектральной эллипсометрии высокого простарнественного разрешения для определения параметров многослойных микроэлектронных структур. Ведутся научные ис­следования в области фи­зики метаматериалов для оптического диапазона, создания сенсоров рентгеновского излучения и биомедицин­ских сенсоров, разработки новых методов диагностики и лечения различных заболева­ний человека.

Разработки ЛОД, выполненные в рамках международных проектов и прямых кон­трактов, представляют интерес не только для зарубежных потребителей. Они пер­спективны также для внедрения на пред­приятиях Республики Беларусь. Например, быстродействующие оптические профилометры и оригинальные технологии ла­зерной спекл-фотометрии могут быть ис­пользованы для контроля качества изделий. Новая технология создания кодограмм вне­дрена в РУП «Криптотех» Минфина Бела­руси, изготовлен и апробирован опытный образец стенда для проведения контроля оптического качества монокристалов, ко­торый внедрен в технологический процесс завода РУП «Оптик» (г. Лида). Уникальная лазерная технология контроля качества пластин для солнечных батарей и изделий микроэлектроники может найти примене­ние на таких предприятиях, как «Планар», «Интеграл», «Изовак».

Развитые инновационные оптические ме­тоды в нанобиологии и наномедицине позво­лят проводить соответствующую высоким современным мировым стандартам меди­цинскую диагностику в лечебных учрежде­ниях Беларуси.

Беседовала Светлана КАНАНОВИЧ 

 

Share Button