Лауреат премии молодым ученым — о лазерах, особом стекле и секретах оптики

Молодые московские ученые разработали оптические системы, не уступающие лучшим импортным аналогам. Как им это удалось, рассказывает один из разработчиков лауреат премии Правительства Москвы Павел Носов.

Павел Носов и Роман Третьяков получили премию Правительства Москвы молодым ученым за разработку и внедрение отечественной силовой оптики для лазерного технологического оборудования. Они стали победителями в номинации «Приборостроение». Оба исследователя работают в Московском государственном техническом университете имени Н.Э. Баумана. Мы встретились с одним из лауреатов Павлом Носовым и поговорили о работе, удостоенной премии.

— Павел Анатольевич, расскажите о работе, за которую вы с Романом Третьяковым получили премию.

— Мы с коллегой Романом Сергеевичем Третьяковым разработали методику проектирования оптических систем технологического оборудования, в котором источником излучения являются мощные лазеры. Такое оборудование используется для различных видов лазерной обработки материалов. Например, резка, сварка, гравировка, 3D-печать (аддитивные технологии) и другие. Также мы рассчитали параметры оптической системы для резки и сварки и разработали рабочую конструкторскую документацию на изготовление оптики на заводе. Следующим этапом нашей работы было сопровождение производства оптики на предприятии и ее испытания.

— А для чего нужна оптика в лазерах?

— При выполнении качественной лазерной обработки важны характеристики узлов оборудования. Один из таких ключевых узлов — лазерная технологическая головка, которая фактически является главным инструментом обработки. Конструкция головок для различных лазерных технологий отличается, тем не менее она обязательно будет включать оптическую систему. Поэтому оптический блок — это неотъемлемая часть любой лазерной технологической установки. Его задача — формирование необходимых параметров пучка.

— Какой лазер использовался в вашей работе?

— В технологической установке, для которой мы рассчитывали оптику, используется мощный волоконный лазер. Это подразумевает ряд особенностей при разработке оптики. Например, она должна изготавливаться из особого стекла и по специальной технологии. Такую оптику еще называют силовой, так как она работает при высоких плотностях мощности лазерного излучения.

— Где изготавливали лазерную оптику, разработанную вами?

— Технология изготовления линз для нашей задачи есть не на каждом предприятии. Мы выбрали Красногорский завод имени С.А. Зверева, который располагается в Московской области.

— В описании вашей работы фигурирует слово «импортозамещение». Что и чем замещали?

— Сейчас на производствах в основном стоят лазерные установки зарубежных производителей с импортной оптикой. Мы разработали отечественную оптическую систему. Она из российского стекла и, как я сказал, изготовлена на подмосковном заводе.

Хотелось создать оптический блок не хуже импортного. И нам это удалось.

— Расскажите, пожалуйста, подробнее об этапах работы над проектом.

— Мы приступили к этой работе еще в 2011 году. Сначала занимались теоретическими исследованиями, то есть разработкой методики и программы расчета. Под определенную модель лазера, вид обработки и параметры пучка мы с помощью специальной компьютерной программы можем разрабатывать оптический блок лазерного оборудования.

Затем был экспериментальный этап. Мы исследовали параметры пучка мощного волоконного лазера на выходе оптической системы, проанализировали российские марки стекла и нашли то, которое удовлетворяет нашим требованиям. Затем на заводе из него изготовили оптику, и мы приступили к исследованиям на лучевую стойкость, то есть проверили, способна ли оптика выдерживать высокие лучевые нагрузки.

Испытания проводили в нашем университете, в лабораториях кафедры «лазерные и оптико-электронные системы» и ООО «Московский центр лазерных технологий» — это малое инновационное предприятие при МГТУ имени Н.Э. Баумана. Эти лаборатории оснащены современным оборудованием, которое необходимо для наших исследований.

— Испытания прошли удачно с первого раза?

— Небольшие сложности были. Сначала нам сделали оптику с покрытием, которое не подошло: оптические элементы слишком сильно нагревались. Мы обратились к заводу и заказали другое покрытие. Оно показало хорошие результаты.

— Какой этап был самым длительным?

— Теоретическая проработка задачи по проектированию лазерной оптики заняла несколько лет. На изготовление оптики ушло намного меньше времени.

— Вам помогало или, напротив, мешало, что вы с Романом Третьяковым с разных кафедр?

— Помогало, у нас получилась междисциплинарная кооперация. Я с кафедры «лазерные и оптико-электронные системы», моя стихия — расчет лазерной оптики. А Роман — с кафедры «лазерные технологии в машиностроении». Он разбирается в требованиях к оптике в зависимости от вида лазерной обработки.

Но несмотря на разные специализации, работали мы постоянно вместе, задачи были общими. Просто в некоторых моментах кто-то брал на себя чуть больше. Я думаю, как раз то, что мы занимаемся разными направлениями, позволило решить поставленную задачу.

— Какие-то предприятия уже применяют вашу разработку?

— Да. Если оптику для лазерной резки мы разрабатывали по собственной инициативе, то оптический блок с вариосистемой для лазерной сварки мы делали для предприятия, которое занимается производством лазерного технологического оборудования.

— В каких еще областях может быть использована ваша оптика и есть ли планы по расширению?

— В огромном количестве областей, где используют мощные технологические лазеры. Например, в промышленности для резки, сварки, наплавки и термообработки.

Насчет планов. Конечно, мы бы хотели довести нашу разработку хотя бы до мелкосерийного производства. Но мы ученые, продвижение не наша сфера. Мы занимаемся этим по мере возможностей — встречаемся с заинтересованными людьми, рассказываем о разработке.

— Вы учились на той же кафедре, на которой сейчас работаете. Почему вы поступили на это направление?

— Да, я учился на кафедре «лазерные и оптико-электронные системы» и сейчас на ней работаю.

В обыденном понимании оптика — это очки, лупа, фотоаппарат. На самом же деле это очень перспективная и высокотехнологичная область. Оптика и оптико-электронные приборы окружают нас повсеместно. Они нужны в медицине, научных исследованиях, промышленности, военной сфере, в освоении космического пространства и других отраслях, а также в быту. То есть это очень современное направление, которое обязательно будет развиваться и дальше.

Во время учебы в Бауманском университете я убедился, что сделал правильный выбор. В большой степени благодаря преподавателям. В 2011 году я защитил кандидатскую диссертацию под руководством профессора Ивана Ивановича Пахомова. Это основоположник направления расчета лазерной оптики в нашей стране, доктор технических наук, заслуженный деятель науки и техники России, автор книг в этой области.

— Что вам дала премия, помимо денежного вознаграждения?

— Участие в подобных мероприятиях очень полезно. Это помогает исследователям и разработчикам быть в тонусе и стремиться к новым результатам. Ведь здесь ты соревнуешься с самыми сильными, заявки должны быть очень высокого уровня.

Также полезно подготовить многолетнюю работу к конкурсу: все структурировать, доходчивым языком рассказать о результатах.

Сейчас идет прием заявок на следующую премию молодым ученым. Более подробная информация есть на сайте молодыеученые.рф. Заявку можно подать до 30 октября

— Что со стороны города делается для молодых ученых?

— Проводятся различные конкурсы, премии и другие мероприятия, оказывается финансовая поддержка в различных формах. Очень важны гранты, которые выделяют на определенные исследования.

— Вы удивились, что выиграли премию, или были уверены в своей победе с самого начала?

— Нет, не могу сказать, что мы были уверены. Но когда подготовили заявку и посмотрели на нее со стороны, были очень довольны. Все-таки за сравнительно короткий период и вопреки возникавшим сложностям нам удалось добиться хороших результатов.