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.
— 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
