Учёные ТУСУРа разрабатывают уникальную технологию роста нелинейно-оптических кристаллов бета-Бората Бария

Компания «КрОМ», созданная сотрудником кафедры электронных приборов ТУСУРа, стала победителем конкурса «Старт-2». В рамках соглашения Константин Мельник планирует разработать технологию выращивания нелинейно-оптических кристаллов борат-бария бета-фазы (β-ВВО) и начать производство на их основе наукоёмкой продукции.

В СССР учёным уже удавалось получать кристаллы β-ВВО. Однако технология во многом была утрачена, и в настоящее время в России этот вид кристаллов не производится. Константин Мельник фактически разрабатывает новую уникальную технологию роста создания таких кристаллов. Работа в этом направлении ведётся молодым учёным уже несколько лет, в том числе при финансовой поддержке Фонда содействия инновациям.

Особенность решения, которое применяется для получения кристаллов учёными ТУСУРа, — новая ростовая установка, а также подбор уникальных химических составов, которые позволят получать материал высокого качества.

«Работа ведётся в тесном сотрудничестве с ТУСУРом. В том числе, на базе лаборатории кафедры электронных приборов частично размещены производственные мощности компании «КрОМ». В производственном отделе функционирует одна установка роста кристаллов ВВО, а в отношении ещё двух установок завершается процесс сборки, и идёт закупка основных комплектующий для процесса роста», — отмечает Константин Мельник.

В процессе деятельности компании создано и функционирует опытное производство выращивания нелинейно-оптических кристаллов ВВО. В 2021 году успешно стартовала первая реализация продукции компании заинтересованным заказчикам. В настоящее время завершён экспериментальный этап разработки технологии роста кристаллов β-ВВО, однако качественно ещё не отработан.

«Самая большая сложность заключается в подборе соотношения химических реактивов. В основном, мы используем три компонента, которые при нагревании взаимодействуют между собой, расплавляются и растворяют в себе другие — получается раствор в расплаве (раствор-расплав), из которого с определённой температуры (температура насыщения) при медленном охлаждении начинается процесс роста кристаллов. Они могут отличаться по составу и образуют разные фазы: альфа (α-BBO) и бета (β-BBO), — рассказывает Константин Мельник. — По своим физическим, химическим, термическим и оптическим свойствам кристалл α-BBO аналогичен кристаллу β-BBO. Однако, стоит отметить, что α-BBO — это не нелинейный кристалл, так как в его кристаллической структуре есть центрическая симметрия. Поэтому α-BBO не рекомендуется для нелинейно-оптических приложений. Кристалл α-BBO может использоваться как замена кальциту, TiO2, LiNbO3 и т. д. в поляризационных призмах Глана-Тейлора и Глана-Томпсона, а также в светоделителях и УФ-поляризаторах благодаря своей уникальной прозрачности в УФ-диапазоне, хорошим механическим свойствам и высокому порогу повреждения. Кристаллы β-BBO отлично подходят для оптической параметрической генерации, электрооптических приборов и т. д».

Результатом выполнения проекта в рамках соглашения по программе «Старт-2» должно стать получение промышленных образцов — булли монокристаллов бората бария (β фазы) весом более 100 граммов каждая, высокого оптического качества, для изготовления оптических элементов, которые могут широко использоваться в оптической параметрической генерации, электрооптических модуляторах, преобразователях света в видимом и УФ-диапазонах. Кроме того, кристаллы обладают большим потенциалом использования в медицине.

BBO кристаллы используются для генерации второй, третьей, четвёртой и пятой гармоники излучения Nd:YAG-лазеров, для работы с лазерами на красителях, сверхбыстродействующими лазерами, титан-сапфировыми и александритовыми лазерами, лазерами на ионах аргона, лазерами на парах меди. «Кристаллы бета-Бората Бария позволяют получить зелёный свет лазера, который широко применяется, в том числе для облучения раковых клеток, проведения операций по коррекции зрения и других высокоточных медицинских манипуляций», — отмечает Константин Мельник.

Следующим этапом работы учёных ТУСУРа станет развитие опытного производства выращивания кристаллов до уровня промышленного производства нелинейно-оптических кристаллов и продукции на их основе. В планах — довести проектную мощность компании до пяти установок роста кристаллов ВВО.