МОСКВА, 28 февр. В России ведутся разработки квантово-каскадных лазеров, которые позволят решить проблему связи в самых труднодоступных регионах со сложными метеоусловиями, включая Арктику. Об этом в День Арктики, который отмечается в России 28 февраля, корреспонденту сообщил главный научный сотрудник Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН, профессор РАН Григорий Соколовский.
В настоящее время в Арктике нет никакой другой связи, кроме радиотелефонной и спутниковой. В связи с этим современный человек, который находится там в суровых метеоусловиях (низкие температуры, интенсивные ветра, снег, туман и пр.), испытывает определенные трудности.
Между тем, как полагает ученый, прокладывать в Арктике оптическое волокно, которое является хребтом всей современной связи, очень сложно и не всегда экономически эффективно. По мнению профессора, наибольший потенциал для освоения арктических территорий имеют атмосферные оптические линии связи, обеспечивающие ее по открытому лучу.
«Помимо фактического наличия связи (приемник и передатчик), должна быть еще и доступность этой связи. Плохая погода может ухудшить связь, но не должна ее полностью прервать: пусть в шторм я не смогу посмотреть фильм в хорошем качестве, но у меня должна быть возможность удовлетворить базовые потребности — позвонить или проложить маршрут», — отметил Соколовский.
По его словам, сейчас вся магистральная волоконно-оптическая связь на длинные расстояния построена на лазерах c длинами волн около полутора микрон. В плане надежности и стабильности эти лазеры считаются лучшими в мире. Уже сегодня на них строят связь по открытому лучу: для такой связи нет необходимости прокладывать оптическое волокно — приемник и передатчик находятся в прямой видимости друг от друга и передают информацию с крыши на крышу, или с одного холма на другой, или с берега на корабль, или с корабля на корабль.
Однако при определенных метеоусловиях, например в сильный туман, связь ухудшается и пропадает. Для того, чтобы этого не происходило, длина волны должна быть больше — не полтора микрона, а четыре-пять или восемь-двенадцать микрон. Для этого необходимы лазеры другого типа. Они называются квантово-каскадными лазерами.
«Если в обычных диодных лазерах происходит накопление электронов и дырок в p-n переходе и их рекомбинация в полупроводнике с излучением фотонов, то в квантово-каскадных лазерах нет дырок, а есть только электроны. Под действием электрического напряжения они «по ступенькам» прыгают по квантовым уровням в очень тонких наноразмерных слоях, собранных в толстую, по нашим меркам, гетероструктуру толщиной несколько микрон», — пояснил ученый, добавив, что это для обывателя микрон звучит смешно, а для фотоники и микроэлектроники — это немало, поскольку в одном микроне может быть собрано до тысячи наноразмерных слоев.
По его оценкам, это очень сложные лазеры; технология требует серьезной доработки для того, чтобы они могли выпускаться промышленностью. Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН занимается разработкой этой технологии по проекту Российского научного фонда и по заказу Научно-исследовательского института «Полюс» им. М.Ф. Стельмаха.
Отвечая на вопрос о том, на какой стадии находится проект, Соколовский сообщил, что уже разработаны одночастотные лазеры, которые могут использоваться не столько для связи, сколько для того, чтобы «нюхать глазами» — отличать вещества друг от друга с помощью света.
В сельском хозяйстве такие лазеры можно использовать для мониторинга полей, в транспортной сфере — для контроля качества топлива, в здравоохранении — для анализа выдыхаемого воздуха и обнаружения инфекций, в промышленности — для технологического контроля. Такие лазеры позволяют с помощью света «высматривать» утечки на огромных территориях.
Вместе с тем, по словам ученого, для решения задачи метеоустойчивой связи нужен не только лазер с необходимой длиной волны, нужны еще мощность и частота модуляции, обеспечивающие дальность и скорость передачи. Кроме того, потребуются чувствительные приемники и системы, обеспечивающие наведение луча. «Это отдельный обширный проект, к которому подключаются ведущие российские исследовательские институты», — сообщил профессор.
По его словам, в рамках научной программы Национального Центра Физики и Математики в Институте лазерно-физических исследований РФЯЦ – ВНИИЭФ (г. Саров) осенью 2025 года под руководством профессора Федора Старикова в натурных условиях уже были продемонстрированы передача и прием информации со скоростью 0.1 Гбит/сек с использованием работающего при комнатной температуре квантово-каскадного лазера с длиной волны около 8 мкм разработки Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе.
Источник: РИА