На заводе «Оптик» освоили выращивание нового вида кристаллов, являющегося уникальным лазерным материалом

23 Августа 2018 2211

Раньше мне уже доводилось бывать на участке выращивания монокристаллов в ОАО «Завод «Оптик» – в рамках семинаров и самостоятельно. И я знала, насколько необычайно красивы отсвечивающие таинственным фиолетовым светом монокристаллы калий-гадолиниевого вольфрамата, активированные неодимом.

Кристалл – «сердце» твердотельного лазера

Особенно запомнилось, как это чудо, длиной около 7-8 сантиметров, положили мне на ладонь. Я, конечно, ожидала, что кристалл имеет вес. Ну, примерно такой, как если бы был из стекла. Но он неожиданно оттянул ладонь вниз, будто на нее положили увесистый стальной грузик. Ощущения меня не обманули. Плотность кристалла (7,27 грамма в 1 см³) примерно такая, как у стали (7,85 грамма в 1 см³). У стекла же плотность втрое меньше – всего 2,2.

Но, понятно, выращивают эти кристаллы не для того, чтобы ими удивлять или любоваться. Кристаллы калий-гадолиниевого вольфрамата, активированные неодимом, производятся на заводе «Оптик» давно, более 30 лет, постоянно пользуются спросом (в Беларуси, России, Литве) и применяются в производстве лазеров. Если кто подзабыл, лазер – это устройство, которое преобразует различные виды энергии (световую, тепловую, химическую и другие) в энергию узконаправленного светового потока.  Главной составляющей – «сердцем» лазера – является активный элемент, в котором и генерируется лазерное излучение. В качестве активного элемента могут выступать разные вещества в различных состояниях – газообразном, жидком, твердом. Для изготовления твердого активного элемента лазера часто используют именно кристаллы, в том числе калий-гадолиниевого вольфрамата, активированные неодимом.

Монокристалл калий-гадолиниевого вольфрамата, активированный неодимом. На "Оптике" его выпускают более 30 лет.

А недавно с завода «Оптик» пришла новость: там освоили выпуск еще одного вида кристаллов – тоже для лазеров. Я вооружилась фотоаппаратом и отправилась на завод, предварительно договорившись о встрече с ведущим инженером-технологом отдела оптических сред Светланой Карпенко, курирующей производство кристаллов.

Дорогая коллекция



И вот я снова на этом участке. Знакомый интерьер с рядами установок по выращиванию кристаллов. В каждой из установок единовременно, в течение 17-18 суток, может выращиваться только один монокристалл. Пока это происходит, открывать установку нельзя. Но на участке имеются уже выращенные кристаллы. Светлана Карпенко ставит на стол коробку, в которой они лежат – каждый по отдельности аккуратно завернут в мягкую ткань (и каждый стоимостью около 1-2 тысяч долларов). Когда кристаллы развернули, я снова не могла скрыть восхищения.

Вот монокристалл калий-гадолиниевого вольфрамата, активированный неодимом. Я сразу узнала его по фиолетовым переливам. Рядом Светлана Карпенко положила еще несколько кристаллов – почти бесцветных, лишь слегка отсвечивавших нежным голубовато-бирюзовым цветом. Это и был новый вид продукции – монокристаллы калий-иттриевого вольфрамата, активированные ионами иттербия. Эти кристаллы – уникальный лазерный материал. Для их производства на участке используются те же самые стандартные установки по выращиванию кристаллов. И технология та же – по методу Чохральского. Но формула шихты, из которой кристаллизуется это чудо, иная. И расчет формулы иной. Почему их решили выращивать?


Монокристалл калий-иттриевого вольфрамата, активированный иттербием. Эта новинка является уникальным лазерным материалом.

Год назад на завод «Оптик» обратилась фирма из Литвы с предложением: не могли бы лидчане попробовать вырастить кристаллы калий-иттриевого вольфрамата, активированные ионами иттербия? Заказ обещал быть выгодным. И, в принципе, рассудили на заводе, их потом можно реализовывать и на других рынках. В общем, решили попробовать – и получилось. А то, что получилось, теперь лежало передо мной.

Чудо на кончике кристаллодержателя

Если сами кристаллы так и хочется сравнить с чудом, то, соответственно, и профессия тех, кто их выращивает, тоже воспринимается как не совсем обычная.

Установки, в которых выращиваются кристаллы, представляют собой прямоугольные камеры с герметично закрывающимися дверцами и круглыми окошками-иллюминаторами. За их работой следят 4 опытных оператора по выращиванию кристаллов. Они работают поочередно, по сменам. В эту смену хозяйкой на участке была оператор Светлана Буйницкая. На заводе «Оптик» она уже 30 лет. Светлана Васильевна пришла сюда после Лидского техникума, который закончила по специальности «Технологическая обработка оптических деталей», работала на инженерных должностях, мастером. И вот уже 10 лет занимается выращиванием кристаллов. 

Светлана Буйницкая пояснила, как выращивается кристалл. Сначала оператор закладывает в установку шихтовые материалы (в соответствии с химическим составом будущего кристалла), потом включает прогрев. Получается расплав. Когда его температура достигает требуемого уровня, в камеру опускается кристаллодержатель (стержень, на конце которого крепится затравка – небольшой кусочек такого же кристалла, который планируется вырастить). Затравка должна касаться поверхности расплава. Потом оператор дает термический толчок (резко снижает температуру), и расплав в месте соприкосновения с затравкой начинает кристаллизоваться. То есть на затравку начинает нарастать кристалл. 

Все это время температура расплава (по определенной программе и с определенной скоростью) снижается, а кристаллодержатель, по мере роста кристалла, поднимается. Он поднимается на 4-4,5 мм в сутки – с такой скоростью растет в длину кристалл.

Оператор может вырастить кристалл любой заданной длины – смотря на какие детали придется его резать. Самый крупный выращенный здесь, на участке, монокристалл достигал длины 10,5 см. 

Программу роста кристалла оператор задает по компьютеру. А потом следит, чтобы установка работала в соответствии с заданным режимом. Когда кристалл вырос, температуру внутри установки надо остудить до комнатной. Оператор следит, чтобы снижение происходило строго с определенной скоростью. Если вдруг произойдет резкий (на 100° С и больше) перепад температуры, кристалл не выдержит и… рассыплется. 

И вот температура внутри и снаружи установки уравновешена, и из нее достают кристаллодержатель с наращенным на конце монокристаллом. Кстати, в тот момент, когда мы с ведущим инженером-технологом заходили на участок по выращиванию кристаллов, оператор Светлана Буйницкая как раз была сосредоточена на необычном (с моей точки зрения) занятии. Она миниатюрным лобзиком отпиливала от кристаллодержателя красивый, довольно крупный монокристалл фиолетового цвета. Вскоре он уже лежал отдельно на столе под объективом фотоаппарата.

Но каким бы совершенным ни был кристалл, к заказчику в таком виде он не пойдет. Сначала на заводе «Оптик» его разрежут на детали определенных параметров (стержни, пластины и т. д.), потом их отшлифуют, отполируют, нанесут просветляющее покрытие. Теперь оптическая деталь готова – это и есть активный элемент лазера. Именно в таком виде, но уже на другом предприятии, она будет вставлена в прибор.

Новинку уже испытывают

В завершение я поинтересовалась: почему у кристаллов такие длинные мудреные названия и что в данном случае означает «активированный»? Ведущий инженер-технолог Светлана Карпенко напомнила мне, что строение кристалла представляет собой строгую кристаллическую решетку. При этом кристалл, используемый для лазера, обязательно должен содержать ионы-активаторы (они-то и генерируют лазерное излучение). Активаторы в виде небольших добавок другого вещества (в объеме до 5%) вводятся в основной состав. Они встраиваются в решетку и придают кристаллу необходимые свойства. «Так, наши новые кристаллы калий-иттриевого вольфрамата, – привела пример Светлана Александровна, – активированы иттербием в объеме 5 процентов. А сиренево-фиолетовые кристаллы калий-гадолиниевого вольфрамата активированы неодимом в объеме 3 процента. Но мы выращиваем кристаллы и с 5 процентами неодима. Такие кристаллы получаются более интенсивного цвета. Именно неодим и придает им сине-фиолетовый оттенок. Выращивали мы и чистый калий-гадолиниевый вольфрамат, без добавок. Получался абсолютно прозрачный бесцветный кристалл. Кстати, у нас есть образец». Вскоре этот образец, прозрачный, как слеза, лежал передо мной на столе. Да, было что сравнивать и чем любоваться.

Совершенно бесцветный кристалл калий-гадолиниевого вольфрамата без активаторов.

В общем, для разных видов твердотельных лазеров требуются разные кристаллы. И завод «Оптик», благодаря наличию опытных кадров, как видим, готов расширять их ассортимент. Что же касается новой продукции – монокристаллов калий-иттриевого вольфрамата, активированного иттербием, – то первые ее образцы уже покинули предприятие и проходят испытания в литовской фирме, демонстрируются на выставках.



Текст: Светлана Медуница
Поделиться
1Комментарии
Авторизоваться
img
Пользователь Пожаловаться
"....На "Оптике" его выпускают более 30 лет"  имхо: много лет хозяйка пекла пироги с маком и кое как, но продавала, испекла наконец с изюмом и вообще продать не смогла....может дело не в пирогах....
10:1524 Августа 2018
Ответить