Технологическая платформа "Инновационные лазерные, оптические и оптоэлектронные технологии - фотоника" Стратегическая программа исследований (предварительная версия) (стр. 7 )

Первый сценарий будет способствовать активизации разработок новой техники, увеличению объёмов её производства и выходу на зарубежные рынки, в т. ч. совместно с потенциальными стратегическим партнёром в лице Китая, весьма заинтересованного в настоящее время в сотрудничестве с российскими учёными и разработчиками новых технологий. Второй сценарий будет стимулировать отток из страны профессионалов и малых предприятий отрасли.

Первый сценарий должен не только обеспечивать удовлетворение существующего в России спроса на лазерные, оптические и оптоэлектронные технологии и соответствующее оборудование, но и стимулировать такой спрос со стороны потенциальных пользователей этих технологий в промышленности, медицине, сельском хозяйстве и др. Второй сценарий существенно затруднит доступ к современным технологиям фотоники для многих таких пользователей.

2.3. Прогноз развития рынков продукции, на разработку которых исправлена деятельность технологической платформы.

Основными рынками отечественной фотоники сегодня являются, как уже отмечалось, внутри страны – обрабатывающая промышленность, медицина, службы и системы обеспечения безопасности, экологический мониторинг; наиболее перспективными для зарубежных рынков в ближайшее время являются отечественные разработки в части наукоёмкого оборудования для научных исследований, медицинской аппаратуры и методик, технологий восстановления и упрочнения деталей в машиностроении и на транспорте, навигации, контрольно-аналитического оборудования для систем обеспечения безопасности.

Перспективные разработки с большим рыночным потенциалом имеются у российских предприятий для каждой из перечисленных областей.

3. Направления исследований и разработок, наиболее перспективные для развития в рамках ТП «Фотоника»

3.1. Направления НИОКР, по которым перспективна кооперация внутри техплатформы на доконкурентной стадии.

В силу разнообразия задач, которые стоят перед участниками техплатформы, действующими в различных её тематических областях, основные направления исследований и разработок – свои для каждой такой области. Участники техплатформы уже сотрудничают в каждой из выделенных техплатформой важнейших тематических областей, сформировав соответствующие рабочие группы. Степень предполагаемой кооперации также зависит, естественно, от тематической области и существующей в ней ситуации с разработками и внедрением, с положением на отечественном и мировом рынках. Существенно, что все ведущие организации отечественной фотоники согласились сотрудничать в рамках техплатформы «Фотоника», заявив о признании общих задач и целей.

3.2. Приоритеты развития по направлениям кооперации участников техплатформы и направления необходимых собственных НИОКР

Такие приоритеты и направления – свои в каждой из сфер применения технологий фотоники. В некоторых областях они очевидны и общепризнанны (например, в части лазерной обработки материалов в промышленности – переход к использованию волоконных лазеров), в других не столь однозначны и их определение требует согласованной работы экспертов (именно поэтому в составе техплатформы сформулировано 11 тематических рабочих групп, в целом ряде из которых есть еще и тематические подгруппы.

Примерами выводов этих экспертных коллективов могут служить приведенные ниже заключения относительно необходимых действий техплатформы "Фотоника" в области диодных лазеров, медицинской техники, информационно-коммуникационных систем и оборудования для геодезии и навигации.

Задачи в области диодных лазеров (материал подготовлен группой экспертов под руководством академика РАН )

1. Разработки на будущее: научно исследовательские работы.

1.1 Разработка нового поколения мощных лазерных диодов, изготовленных на основе
полупроводниковых наногетероструктур, в том числе наноструктур на квантовых точках.

1.2  Разработка нового поколения мощных лазерных диодов с использованием теплоотводящих сабмаунтов из поликристаллических алмазных пленок, выращенных методом Plasma CVD.

1.3  Разработка оптических модулей на основе мощных лазерных диодов.

1.4  Разработка оптических модулей-сумматоров на основе мощных лазерных диодов.

1.5  Разработка твердотельных лазеров с диодной накачкой (ТЛДН) на основе лазерной оптической керамики, полученной методом спекания нанопорошков.

1.6  Разработка методов лазерной модификации поверхности твёрдых тел импульсными ТЛДН (снижение пористости, повышение твёрдости, износостойкости и. т.д.).

1.7  Разработка ТЛДН для микротехнологий в фотонике и микроэлектронике включая методы абляции, сварки, резки, пробивки микроотверстий, наноструктурирования.

1.8  Разработка мощных диодных лазеров и ТЛДН медицинского назначения.

1.9  Разработка непрерывного двухчастотного ТЛДН для бигармонической генерации терагерцового диапазона.

1.10 Разработка импульсно-периодического ТЛДН для генерации терагерцового
излучения.

2. Разработки, готовые к внедрению в промышленность или требующие опытно-конструкторских разработок.

2.1. Комплекс лабораторных технологий сборки мощных лазерных диодов.

2.1.1. Технологии металлизации теплоотводящих элементов для

монтажа мощных лазерных диодов;

2.1.2. Технология монтажа кристаллов мощных лазерных диодов

на теплоотводящие элементы;

2.1.3. Методики измерений и сертификации выходных параметров

мощных лазерных диодов;

2.1.4. Методики ресурсных испытаний мощных лазерных диодов;

2.2. Комплекс лабораторных технологий сборки твердотельных лазеров с диодной
накачкой (ТЛДН).

2.2.1. Комплекс технологий сборки ТЛДН с продольной диодной

накачкой для непрерывного и импульсно-периодического режимов работы включая режим модуляции добротности на основе активных кристаллов Nd:YAG и Nd:YLF.

2.2.2. Комплекс технологий сборки ТЛДН работающих на 2-й

гармонике.

2.2.3. Методы стабилизации одномодового режима генерации

ТЛДН для получения высокого качества пучка (М < 1.1).

3. Разработки по требованию бизнеса.

3.1 Разработка методов прецизионного монтажа электронных и оптических компонентов работающих при экстремально высоких тепловых нагрузках (плотность непрерывных тепловых потоков до 5 кВт / см и более).

3.2. Разработка мощных непрерывных и импульсных диодных лазеров и непрерывных и
импульсных ТЛДН с требуемыми параметрами (длина волны, мощность, энергия в

импульсе, частота следования импульсов, высокое качество одномодового пучка и. т.д.) для микротехнологий в фотонике, микроэлектронике, медицине, ювелирной промышленности и. т.д.

3.3. Разработка специальных систем доставки и преобразования энергии по лазерному
оптическому каналу, (открытый канал, волоконные световоды).

3.4. Разработка излучателей для спецприменений.

4. Другие работы, которые необходимо организовать в рамках платформы (метрология, стандартизация).

4.1.  Выработка технических требований к конструкции активных элементов мощных лазерных диодных излучателей и теплоотводящих элементов для их монтажа с целью обеспечения высокого качества собранных приборов, высокого процента выхода годных изделий, гарантированной надёжности при серийном производстве.

4.2.  Выработка технических требований к комплектующим изделиям (элементы накачки, активные кристаллы, оптическая керамика, нелинейные кристаллы, зеркала, оптика, сумматоры излучения, электронные блоки питания, охлаждения и управления и. т.д.) для ТЛДН.

4.3.  Выработка требований к методам сертификации выходных параметров лазерных диодных излучателей и ТЛДН в соответствии с международными стандартами качества.

Задачи в области фотоники для медицины (материал подготовлен рабочей группой ТП под руководством академика РАН ).

1. Содержание проблемы и обоснование предпочтительности ее решения в рамках технологической платформы программным методом

Лазеры стали применяться в медицинских целях с 60-х годов прошлого века практически сразу после их изобретения. Уникальные свойства лазерного излучения, позволяющие концентрировать его энергию в пространстве, во времени и спектральном диапазоне делают его незаменимым инструментом во многих областях человеческой деятельности и, в частности, в медицине.

Результаты исследований механизмов взаимодействия лазерного излучения с биологическими тканями определяют оптимальные параметры лазерного излучения для каждого типа хирургического вмешательства и типа биологической ткани. На основе использования лазерных технологий разработаны эффективные методы диагностики, позволяющие повысить скорость и точность выявления различных заболеваний. Клинические результаты применения в хирургии при соблюдении перечисленных требований, на фоне бурного развития эндохирургических и волоконно-оптических средств доставки и визуализации, совместно с разработкой новых лазерных систем служит основой продолжающегося роста интереса и развития лазерных технологий лечения.

Затраты на внедрение в медицинские учреждения современных лазерных медицинских технологий и оборудования многократно окупаются повышением качества лечения, уменьшением количества рецидивов и осложнений, снижением расходов на содержание коечного фонда и потерь по нетрудоспособности.

С внедрением и развитием малоинвазивных эндоскопических методов в хирургическую практику, на начальной стадии многих заболеваний, именно хирургическое, а не медикаментозное лечение является в долгосрочной перспективе более эффективным и экономически оправданным способом. Результатом развития эндохирургии явился рост интереса к разработкам нового медицинского оборудования и инновациям в малоинвазивных технологиях лечения. Распространение технологий лечения с использованием лазеров, рост количества работ по взаимодействию лазерного излучения с биотканями, появление новых технологий лечения и новых моделей хирургических лазеров на рынке показательно с точки зрения эффективности их применения в практике.

В странах Европы и США в настоящее время каждая 7-я операция выполняется с использованием лазерных технологий. Оснащенность лазерными хирургическими аппаратами в ведущих клиниках мира составляет в среднем один хирургический лазер на 50 коек стационара.