На базе уникальной фемтосекундной лазерной системы, разработанный в томском Институте сильноточной электроники (ИСЭ), в будущем можно будет создавать комплексы, которые помогут в борьбе с онкологическими заболеваниями, при изучении живых клеток организмов и растений, могут стать альтернативой рентгеновского излучения и многокилометровых ускорителей частиц.

«Все фемтосекундные лазеры в мире работают на твердотельных активных средах, а наша установка уникальна: она гибридная, в ней маломощный импульс формируется в твердотельном стартовом комплексе, а затем усиливается в газовой среде. Для этого были найдены газовые активные среды, в которых можно усиливать очень короткие импульсы, подобно твердотельным средам», — рассказал заведующий лабораторией газовых лазеров ИСЭ Валерий Лосев.

Фемтосекундная лазерная система (генерирует импульсы с длительностью 50 фс, 1 фс = 10–15 с) под названием THL-100 — самая мощная в мире лазерная установка, которая работает в видимом диапазоне спектра. Все мощные лазеры сейчас работают в инфракрасном области спектра, не видимой для человеческого глаза. Эта же лазерная система излучает в синей области спектра, который хорошо виден человеку. Установка формирует лазерный пучок, который занимает в пространстве всего 15 микрон и выглядит, как тонкий (тоньше волоса) летящий диск. Ученые Института сильноточной электроники получили на фемтосекундном лазере рекордные мощности излучения. Мощность их лазера достигает 14 тераватт, в то время как в мире в видимом диапазоне достигнуто всего 4 тераватта.

«Мы верим, что когда-то дойдем до мощности в сто тераватт, — говорит Валерий Лосев. — И уже сейчас мы ищем брендовое отличие, где наш лазерный источник имеет преимущество перед другими.».

Одно из возможных применений нашего лазерного пучка может быть связано с созданием рентгеновского лазера в окне прозрачности воды, которого пока не существует. По расчетам для его создания может потребоваться 30–50 терраватт.

Такой рентгеновский лазер, пояснил завлабораторией ИСЭ, позволит изучать живые клетки в организме человека, животного и в тканях растений. При его помощи можно будет сканировать клетку и получать ее голографические изображение. Это позволит регистрировать многие процессы внутри, а значит, поможет разобраться, например, в причинах различных патологий и заболеваний.

Другим применением может стать преобразование лазерного пучка в терагерцовое излучение большой мощности.С помощью него можно будет просвечивать насквозь человека, и, в отличие от рентгена, не наносить ему никакого вреда, поскольку энергия кванта терагерцового излучения очень мала.

При помощи такой установки так же можно ускорять электроны и протоны, как в многокилометровом коллайдере. Только проводить это в сантиметровом пространстве и получать такие же результаты, и даже лучше. Протонные же пучки с определенной энергией можно использовать для лечения онкологических заболеваний. Они могут проходить через здоровые ткани и поглощаться на конкретной глубине — там, где есть опухоль. После вывода лазерной системы на рабочий режим томские исследователи могут работать во всех этих направлениях.

Валерий Лосев уточнил, что идея разработать фемтосекундный лазер возникла в ФИАН (Москва) семь лет назад, и создавалась установка прежде всего для фундаментальных исследований.

«Есть теория, что вакуум — это такая среда, в которой есть все, только оно скрыто. И, если в этом вакууме создать очень высокую интенсивность, он начнет вскипать и отдавать все содержимое наружу. Все элементы: электроны и позитроны, атомы и антиатомы. Это имеет большое значение для фундаментальной науки и понимания природы мироздания, и не исключено, что мы тоже примем участие в решении этой проблемы», — пояснил он.

В планах лаборатории — поднять мощность фемтосекундной лазерной системы до максимальных значений — 100 ТВт, именно поэтому установку назвали THL-100 (тераваттный гибридный лазер с мощностью 100 ТВт). В мире подобных установок нет, а в России подобными разработками занимаются только в двух местах. Вторая установка THL-30 находится в Москве (ФИАН), но ее мощность в 4–5 раз меньше томской установки.