Содержание:
- Как появился НОЦ фотоники и оптоинформатики
- Как строится обучение в центре (бакалавриат, магистратура, аспирантура)
- Какие исследования проводят
Как появился НОЦ фотоники и оптоинформатики
Центр ведет свою историю с 2002 года ― тогда в университете был образован факультет фотоники и оптоинформатики, который возглавил доктор физико-математических наук, специалист в нелинейной оптике и лазерной физике сверхкоротких импульсов Сергей Козлов. Два года спустя здесь открылось новое на тот момент для России образовательное направление подготовки бакалавров и магистров «Фотоника и оптоинформатика».
Преподавали на факультете известные ученые, в том числе академики СССР и РФ РАН: физик-экспериментатор Евгений Александров, российский физико-химик, один из основоположников оптической голографии Юрий Денисюк, физико-химик Гурий Петровский, специалист в области нелинейной оптики Николай Розанов, специалист в области квантовой электроники и физической оптики Алексей Бонч-Бруевич и другие.
Всего же более чем за 20 лет подразделение приняло участие в грантах и проектах совместно с компаниями и университетами как в России, так и за рубежом. Например, именно на факультете совместно с учеными из Казанского квантового центра КНИТУ-КАИ построили первый в России пилотный участок магистральной квантовой сети в Казани. Этот проект стал важным шагом в развитии квантовой связи в России — сеть полностью основана на отечественных разработках.
Студенты ИТМО, сотрудники НОЦ фотоники и оптоинформатики с установкой для фантомной визуализации. Фото: Дмитрий Григорьев / ITMO.NEWS
Прочитайте также:
Университеты ИТМО и КАИ запускают первую в стране многоузловую квантовую сеть
Нанолазеры, МРТ и изучение культурного наследия: Университет ИТМО выиграл три мегагранта
Также на факультете создали российскую мобильную лабораторию изучения культурного наследия на основе передовых оптических технологий, разработали новые методы совместной передачи квантовых и информационных каналов в одном оптическом волокне.
В декабре 2022 года факультет реорганизовали в Научно-образовательный центр фотоники и оптоинформатики. Центр возглавил доктор физико-математических наук, один из основателей направления «Терагерцовая аквафотоника» Антон Цыпкин. Центр объединил лабораторию цифровой и изобразительной голографии, лабораторию изучения культурного наследия, международный научный центр оптической и квантовой информатики, биофотоники; лабораторию квантовой информатики, лабораторию квантовых процессов и измерений и научно-образовательный центр оптического материаловедения. Именно эти научные направления исторически развивались в подразделении.
«По статистике Лазерной ассоциации, в 2021 году объем мирового рынка фотоники, который объединяет лазерно-оптические и оптоэлектронные технологии, составлял около 1500 миллиардов долларов, а темпы его роста — 10% в год. В связи с этим важно готовить кадры, которые будут развивать индустрию в области фотоники и оптоинформатики. Для этого наш НОЦ будет обучать студентов не только проводить фундаментальные исследования, но и работать в индустрии. Среди партнеров наших образовательных программ — ООО “Смартс-Кванттелеком”, ОАО “РЖД” и другие ведущие компании», — рассказал Антон Цыпкин.
Антон Цыпкин. Фото: Дмитрий Григорьев / ITMO.NEWS
Как строится обучение в НОЦ
Бакалавриат. Студенты программы «Фотоника и оптоинформатика» научатся работать с квантовыми коммуникациями и сетями, создавать оптические материалы и устройства на их основе, а также заниматься физикой новых наноматериалов для лазерной техники, водородной энергетики, арт- и биофотоники.
Учебный план программы включает курсовые исследовательские работы и научно-технологические практики. Благодаря этому уже со второго курса студенты могут работать над действующими инновационными и научными проектами, финансируемыми частными компаниями и государственными заказами.
К третьему курсу студенты смогут выбрать одно из двух направлений: квантовые коммуникации и фемтотехнологии или материалы и технологии фотоники. Первое посвящено квантовой и нелинейной оптике и исследованию ее применений в системах обработки и передачи информации, а второе ― синтезу оптических материалов (стекол, кристаллов, ситаллов, керамик, пленок, покрытий, волокна) и изучению их свойств.
Магистратура. Программа «Прикладная фотоника» объединяет сразу четыре специализации в области фотоники:
- Квантовые коммуникации. Студенты обучаются на реальном оборудовании магистральной квантовой сети, а также могут практиковаться в компаниях-партнерах программы: ОАО «РЖД» и «Смартс-Кванттелеком».
- Сверхбыстрая фотоника. Студенты познакомятся с особенностями квантовой оптики и технологическими аспектами квантовых коммуникаций. С помощью этих знаний можно создавать защищенные каналы передачи данных, 6G-коммуникации, системы неразрушающего контроля и проводить дефектоскопию композитных материалов.
- Прикладная арт-фотоника. Специализация посвящена экспериментальным методам, которые позволяют анализировать предметы искусства — например, методам оптической и рамановской спектроскопии, оптической томографии, терагерцовой визуализации, рентгеновской спектроскопии.
- Материалы фотоники. Здесь студенты изучают весь путь работы с материалами: от разработки новых оптических материалов и технологий (включая квантовые и фемтотехнологии) до создания элементов и устройств фотоники нового поколения.
Программа ориентирована на подготовку как научных кадров, так и кадров для оптической промышленности. Сегодня выпускники востребованы на предприятиях среднего и крупного бизнеса: ЦНИИ «Электроприбор», корпорация «Комета», НПО «Криптен», «Смартс-Кванттелеком», «РЖД», НИИ Точной механики, Лыткаринский завод оптического стекла, НТО «ИРЭ-Полюс».
Прочитайте также:
Студент ИТМО, сотрудник НОЦ фотоники и оптоинформатики с системой квантовых коммуникаций. Фото: Дмитрий Григорьев / ITMO.NEWS
Аспирантура. Выпускники смогут продолжить обучение в аспирантуре по одной из специализаций:
- «Оптика»
- «Теоретическая физика»
- «Фотоника»
- «Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы»
Все аспиранты прикрепляются к проектам научно-образовательного центра.
Какие исследования проводят в НОЦ
В лаборатории цифровой и изобразительной голографии проводят фундаментальные и прикладные исследования по регистрации и обработке комплексных электромагнитных волновых полей, а также разрабатывают прототипы различных приборов (например, терагерцовый голографический спектрометр, который поможет в создании новых эффективных технологий беспроводной передачи информации). Также в лаборатории разрабатывают методы неразрушающего контроля технических изделий, изобразительные голограммы и регистрирующие среды для них. Такие голограммы можно использовать при организации музейных выставок, а также воссоздавать с их помощью утраченные объекты культурного наследия на основе компьютерных 3D-моделей этих объектов.
Прочитайте также:
Исследования ученых ИТМО вошли в сборник с работами ведущих голографистов мира
Голограмма с портретом Юрия Денисюка — основоположника мировой и советской голографии. Фото: Дмитрий Григорьев / ITMO.NEWS
В Лаборатории изучения объектов культурного наследия специалисты изучают предметы музейного фонда и объекты культурного наследия, используя методы оптической спектроскопии и томографии. Исследователи разрабатывают новые методики изучения произведений искусства и архитектуры, а также профессионально оценивают состояние памятников культурного наследия. С лабораторией сотрудничают реставраторы и научные сотрудники из ведущих российских музеев — Государственного Русского музея и Государственного Эрмитажа.
В состав лаборатории входит мобильная группа, которая оснащена портативным оптическим и рентгеновским оборудованием. Группа проводит исследования in-situ, то есть на месте, и изучает неперемещаемые и трудно перемещаемые объекты историко-культурного наследия: настенную живопись, скульптуры, здания. В частности мобильная группа помогает малым музеям, у которых нет возможности исследовать состояние произведений искусства и технологии их создания. Еще одно направление работы лаборатории — разработка базы данных объектов искусства и культурного наследия. В базе данных собирают информацию о результатах исследований объектов музейного фонда и культурного наследия, а также тестовых объектов, полученных в экспедиционных работах.
Прочитайте также:
Международный научный центр оптической и квантовой информатики, биофотоники занимается исследованиями в области нелинейной фемтосекундной оптики, генерации терагерцового излучения в новых материалах. На основе этих знаний ученые разрабатывают технологии неразрушающего контроля и диагностики исследуемых материалов. У научного центра есть зарубежные партнеры: Университет Рочестера (США), Технологический университет Тампере (Финляндия) и Университет Бордо (Франция).
В лаборатории квантовой информатики проводят исследования в области квантовых технологий. Среди разработок — системы квантового распределения ключей, квантовые сети, генераторы случайных бит, квантовый взлом, элементная база квантовых коммуникаций, в том числе на базе фотонных интегральных схем.
Эти компетенции позволяют сотрудникам центра выполнять различные научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы для Минобрнауки, Минпромторга РФ и частных заказчиков (например, ОАО «РЖД»).
Лаборатория квантовых процессов и измерений занимается созданием и расширением квантовых моделей элементов квантовой оптики и применяет их в базовых протоколах квантовых коммуникаций и квантовой информатики. Основные направления исследований — квантовый имаджинг, квантовая оптика и квантовая теория информации. С их помощью можно, например, создавать изображения объектов с очень высоким разрешением, превосходящим любую аппаратуру, которая работает на законах классической оптики. Такие системы применяют в биомедицине и неинвазивном контроле безопасности.
В научно-образовательном центре оптического материаловедения разрабатывают новые оптические материалы и технологии для их получения, создают новые методы исследования свойств этих материалов, изучают фотофизические и фотохимические явления в них, а также на основе этих материалов создают элементы и устройства для рынка фотоники и оптоинформатики.
Сотрудники-студенты НОЦ фотоники и оптоинформатики Валерия Пономарева и Опарин Егор, руководитель НОЦ Антон Цыпкин. Фото: Дмитрий Григорьев / ITMO.NEWS
Так, в НИЦ оптического материаловедения уже разработали оптические материалы с разными функциями: стекла для волоконной и интегральной оптики, лазерные, фотохромные, магнитооптические и плазмонные стекла, сверхпрочные стекла и стеклокерамики, ионообменные стекла и люминесцентные стекла (в том числе, рубиновые и перовскитные), фото-термо-рефрактивные стекла.
Также среди разработок центра — различные элементы и устройства фотоники: оптические модули для очков и дисплеев дополненной реальности, сверхузкополосные спектральные фильтры для полупроводниковых лазеров, голографические комбайнеры мощных лазерных пучков, чирпированные брэгговские решетки для компрессии лазерных импульсов, малогабаритные голографические призмы-эталоны плоского угла для навигационных приборов, мини-чип лазеры, интерференционные оптические пленки, антибактериальные покрытия, фотокатализаторы для разложения воды (водородная энергетика), нанокомпозиты для очистки воздуха и воды, фотонно-кристаллические волокна и другие.
