«Оптика-2017» традиционно проходит в Университете ИТМО при поддержке Optical Society of America (OSA), Society of Photo-optical Instrumentation Engineers (SPIE) и Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). Ученые и студенты обсуждают актуальные вопросы в таких темах, как физическая оптика и спектроскопия, физика лазеров и лазерные технологии, устройства и системы фотоники, информационные технологии фотоники, биотехнические системы и другие. В один день на конференции можно прослушать до 30 научных докладов, а также ознакомиться с трудами коллег на стендовой сессии, где представлены более ста научных работ.
На заседании «Индустриальная фотоника» собрались представители девяти российских и иностранных компаний. Компания-организатор мероприятия, «ОЭС Спецпоставка» является специализированным дистрибьютором оптики и фотоники, компонентов для волоконных лазеров, готовых лазерных систем, оборудования для оснащения лабораторий и систем измерения. Представитель компании, Никита Буров особо подчеркнул, что предприятие сотрудничает с передовыми мировыми производителями в области оптики и фотоники, но сейчас нацелено развивать совместную работу с отечественными партнерами. Кроме того, «ОЭС Спецпоставка» может выступить в качестве посредника при налаживании контактов между российскими и иностранными компаниями, если отечественная компания не может найти подход к потенциальному зарубежному партнеру.
Инженер компании HUBNER GmbH & Co (Германия) Корбиниан Хенс (Korbinian Hens), представил лазерные источники непрерывного излучения с полностью автоматизированной системой перестройки. Огромный плюс этой установки в том, что исследователю не нужно перенастраивать что-то в самом оборудовании, достаточно запустить пару команд на компьютере. Технология получила название C-WAVE. Она позволяет перестраивать длину волны как в видимом, так и в инфракрасном диапазонах без изменения оптических компонентов самого устройства. Менять длину волны можно за счет изменений параметров оптических кристаллов в устройстве и температуры. Менять длину волны в видимом спектре можно в диапазоне 522-542 нанометра, а в инфракрасном – 1044-1088 нанометров. Система полностью автоматизирована.
Применять такое устройство можно в спектроскопии, в метрологии для калибровки детекторов, определения характеристик оптических компонентов приборов, а также в атомной и квантовой физике. Одно из необычных применений технологии C-WAVE – это голография. По словам Корбиниана Хенса, благодаря такому источнику излучения можно создавать уникальные голограммы для защиты ценных документов. Такие голограммы очень тяжело скопировать, потому что для их создания могут использоваться комбинированные длины волн.
Более того, лазер с C-WAVE – это альтернатива лазерам на красителях, в которых активной средой служит органический краситель. Когда краситель возбуждается внешним источником коротковолнового излучения, он излучает на более длинных волнах или флуоресцирует, поглощая фотон на длине волны возбуждения, а затем излучая фотон на длине волны флуоресценции. Краситель флуоресцирует в широком диапазоне частот видимой области спектра в противоположность очень узкой полосе флуоресценции обычного твердотельного лазера. Лазер же на C-WAVE также является полностью твердотельным, но и с помощью него также можно генерировать свет в разных диапазонах длин волн.
Инженер компании IDQuantique SA (Швейцария) Францис Ришу (Francois Richou) рассказал на заседании «Индустриальная фотоника» о счетчиках фотонов, генераторах истинно случайных чисел и другом оборудовании компании, используемом в популярной на сегодняшний день области квантовых коммуникаций. Детекторы для счета фотонов используются, когда нужно зарегистрировать крайне слабые световые сигналы.
На сегодня для более эффективной регистрации фотонов в специальных устройствах используют так называемые лавинные фотодиоды с высокой чувствительностью и очень быстрым временем отклика. При работе такой системы падающий фотон создает электронно-дырочную пару. Электрон, который ускоряется, создает дополнительную электрон-дырочную пару посредством ударной ионизации и возникает эффект лавины. Лавинные фотодиоды используются, в том числе, в одном из детекторов компании IDQuantique SA.
Однако лавинные детекторы обладают такой особенностью, как время нечувствительности. После обнаружения фотона возникает период нечувствительности. Когда присутствует значительная фоновая освещенность, детектор может быть нечувствителен во время прибытия фотона. Но, так как время детектирования фотона можно рассчитать, можно использовать управляемый импульс, и в результате детектор будет активен в нужное время. В швейцарской компании также разрабатывают и другие технологии для снижения уровня шумов при детектировании фотонов, а также приборы с различными параметрами настройки для счета фотонов, которые также могут быть настроены под запросы клиентов.
Применение счетчиков единичных фотонов растет за счет развития и совершенствования технологий квантовой коммуникации и криптографии, в которых необходимо детектировать слабые импульсы света. Кроме того, детектирование одиночных фотонов необходимо для развития систем коммуникаций в космосе, а также в целях метрологии. В естественных науках такие датчики применяются для измерения размеров мельчайших частиц с помощью метода динамического рассеяния света, измерения времени жизни флуоресценции, что необходимо для исследования молекул и в других целях.
Более подробно о существующей на рынке продукции для квантовых коммуникаций рассказал Артур Глейм, гендиректор ООО «Квантовые коммуникации». Компания является малым инновационным предприятиям, созданным на базе Университета ИТМО (при этом недавно вуз продал свою долю в компании внешнему инвестору), и реализует технологии защиты информации с помощью квантовой криптографии. Квантовая криптография – это метод шифрования информации, при котором перехватить информацию просто невозможно потому, что в этом случае ее носители, то есть одиночные фотоны, разрушаются. Фотон нельзя разделить или измерить, скопировать или незаметно отвести в сторону, в любом из этих случаев он не дойдет до конечного потребителя. Более подробно о квантовой криптографии можно прочитать в материале ITMO.NEWS.
По оценкам Артура Глейма, сегодня мировой рынок квантовых коммуникаций уже достиг отметки в один миллиард долларов США, хотя это новое направление и еще не все в нем разбираются. Активнее всего оно набирает популярность в Азии, и сегодня многие компании ищут прикладные применения для этой технологии. Для этого компаниям необходимы испытательные полигоны, то есть работающие каналы квантовых коммуникаций, где они могут «обкатывать» свои разработки. В России существуют уже несколько таких полигонов, в том числе один канал соединяет два корпуса Университета ИТМО, расположенных на Биржевой и Кадетской линиях Васильевского острова. Еще одна квантовая сеть, которой соединены уже четыре разные точки, работает в Казани.
«Любые устройства, которыми мы сейчас пользуемся в повседневной жизни – светофоры, мобильные телефоны – используют шифрование. И постепенно мы можем настраивать квантовую криптографию для использования и в таком масштабе, и интегрировать классических потребителей коммуникаций в защищенные каналы передачи данных», – прокомментировал Артур Глейм.
На заседании «Индустриальная фотоника» выступили представители и других компаний-производителей современных устройств и оборудования в области оптики и фотоники. Были представлены разработки немецкой компании Menlo Systems GmbH, которая является разработчиком приборов для высокоточных измерений для применения как в лабораториях, так и в промышленности. Российская компания «Инверсия-Сенсор» представила работы в области оптоволоконных систем управления. Также на заседании выступили представители отечественных компаний «Fedal», которая занимается разработкой и производством лазерной электроники и электроники для оптических приборов, «Polarus», которая производит пикосекундные оптоволоконные лазеры и «Авеста-Проект», которая занимается производством фемтосекундных лазеров различных типов, измерительного оборудования и оптомеханики.
