Опытный образец универсального терагерцового лазера (Тералазера), разработанный Московским физико-техническим институтом (МФТИ), успешно прошел полный комплекс испытаний при поддержке федеральной программы «Научное приборостроение». Прибор подтвердил стабильность работы и все заявленные параметры в ходе проверок на соответствие требованиям назначения, живучести, стойкости к внешним воздействиям, транспортированию, электромагнитной совместимости и надежности. Испытания являются ключевым этапом перехода от лабораторного макета к серийному изделию, сообщили представители института.
Терагерцовое излучение, занимающее спектральный диапазон между инфракрасным и микроволновым, способно проникать сквозь непроводящие материалы (ткань, пластик, бумага) и при этом безопасно для живых организмов. Эти свойства открывают широкие возможности применения в науке, медицине, промышленности и системах безопасности. Квантово-каскадный лазер (ККЛ) генерирует излучение за счет квантовых переходов электронов между искусственно созданными энергетическими уровнями в гетероструктуре, что позволяет получать излучение в труднодоступном среднем инфракрасном и терагерцовом диапазонах.
Характеристики и технические решения прибора
Разработка МФТИ представляет собой компактный (40×40×40 см, 19 кг) источник мощного излучения в терагерцовом диапазоне частот 1,5–4,5 ТГц. Ключевая особенность прибора — полный отказ от криогенных жидкостей: охлаждение активных элементов осуществляется встроенным рефрижератором, что сокращает время готовности к работе до 20 минут. Управление всей системой ведется через единое российское программное обеспечение.
По итогам испытаний подтверждены ключевые параметры: импульсная мощность не менее 0,1 мВт, возможность импульсной (от 5 мкс) и непрерывной генерации, а также малая угловая расходимость пучка (до 40°). Эти характеристики позволяют использовать прибор в высокоразрешающей газовой спектроскопии с чувствительностью на уровне 1 части на миллиард для экологического мониторинга, исследования космоса, систем неразрушающего контроля материалов, а также в перспективных разработках для медицинской диагностики и связи следующего поколения со скоростью передачи данных до 10 Гбит/с.
Условия испытаний и результаты
«Прибор подтвердил устойчивость к условиям, имитирующим реальную эксплуатацию. Климатические испытания доказали его работоспособность в заданном диапазоне температур от -20 ℃ до +45 ℃ в транспортной таре и от -1 ℃ до +35 ℃ без неё. Также были проведены испытания на воздействие повышенной влажности воздуха (до 70% при 30 ℃) и атмосферного давления. В ходе испытаний на электромагнитную совместимость измерялась напряженность поля индустриальных радиопомех при работе Тералазера в диапазоне 30–1000 МГц, а также радиопомехи на сетевых зажимах. Условия транспортирования проверялись при воздействии на опытный образец ударных нагрузок многократного действия с пиковым ускорением не более 1,5g при длительности действия ударного ускорения 10–15 мс», — сказал заведующий лабораторией квантово-каскадных лазеров МФТИ, главный конструктор ОКР «Тералазер» Рустам Хабибуллин.
Испытания на вибростойкость и ударные нагрузки моделировали транспортировку, а тесты на электромагнитную совместимость — интеграцию в сложные электронные комплексы без взаимных помех.
Перспективы практического применения
Успешные испытания открывают возможность практического применения прибора не только в научных лабораториях, но и в индустрии. Например, для мобильного экологического мониторинга выбросов предприятий или для интеграции в промышленные линии неразрушающего контроля на фабриках, выпускающих продукцию для микроэлектроники. В перспективе технология может лечь в основу специализированных решений для инспекционных систем на производстве полупроводниковых чипов и лекарственных препаратов, для ранней диагностики патологий кожи, а также идентификации различных отравляющих веществ с чувствительностью на уровне 1 ppb.
«Успешное прохождение испытаний доказывает, что выбранные нами конструкторские и технологические решения верны, а прибор действительно соответствует понятию надежного изделия. Подтвержденные характеристики, такие как мощность и стабильность генерации, позволяют нам с уверенностью двигаться к опытной эксплуатации», — отметил Рустам Хабибуллин.
По словам разработчиков, сейчас изделие проходит государственные испытания, а затем начнется взаимодействие с индустриальным партнером (ООО «Авеста») по вопросам выпуска первых коммерческих приборов.