Научное содружество
Отправной точкой в процессе переноса фундаментальных исследований на практические рельсы, а также выстраивания кооперации с промышленными предприятиями, производящими различные устройства на основе технологий фотоники, стало создание в 2020 году Центра компетенций НТИ "Фотоника" на базе Пермского государственного национального исследовательского университета (ПГНИУ). На сегодня в этот консорциум входят 66 участников, в числе которых 25 вузов, 25 промышленных предприятий, 14 научных организаций и два института поддержки. Ключевые участники консорциума - ПГНИУ, компания "ПНППК", ООО "ИНВЕРСИЯ-Сенсор", ИТМО, Сколтех и ИАиЭ СО РАН. Сегодня центр разрабатывает ряд новых технологий, решений и продуктов, а также осуществляет подготовку специалистов в области сквозных технологий фотоники.
Важным для их развития стало создание в Прикамье профильных научно-исследовательских лабораторий. Одна из них в рамках проекта Пермского НОЦ "Рациональное недропользование" появилась в ПГНИУ. Здесь создаются уникальные разработки, которыми уже заинтересовались крупные промышленные предприятия края.
Научно-исследовательская лаборатория фотоники появилась и в структуре Пермского филиала Федерального исследовательского центра Российской академии наук (УрО РАН). Лейтмотивом ее научной деятельности стали волоконные лазеры. Кроме того, ученые здесь исследуют метрологические и сенсорные применения оптической рефлектометрии, технологии активных и пассивных оптических компонентов, а также технологии биофотоники.
В рамках национального проекта "Образование" в Перми был открыт детский технопарк "Кванториум Фотоника". Это новый формат дополнительного образования для детей от 10 до 18 лет - школьников знакомят с перспективными инженерными решениями. Среди них современные лазерные технологии, нейротехнологии и искусственный интеллект, беспилотная авиация, программирование и 3D-моделирование. "Кванториум Фотоника" помогает ребятам получить навыки работы на оборудовании, позволяющем реализовать технологии фотоники в их практическом применении. Под руководством педагогов кванторианцы знакомятся с технологиями обработки оптических сигналов и теоретическими основами прикладной фотоники.
И в быту, и на заводе
Созданная в Прикамье мощная научно-исследовательская и опытно-конструкторская инфраструктура позволяет разрабатывать уникальные и очень востребованные как в бытовой, так и в производственной сфере технологии фотоники. Среди них достаточно много устройств, которые могут использоваться для обеспечения производственной безопасности.
Так, уже скоро завершится создание компактных анализаторов сигналов волоконно-оптических датчиков (КАСВОД). Это совместный проект ученых ПГНИУ, Института автоматики и электрометрии Сибирского отделения РАН и Сколковского института науки и технологий. Уникальный датчик позволит в реальном времени отслеживать состояние мостов, турбин, шахт и других сложных технологических и инфраструктурных объектов. Главным преимуществом нового подхода является стойкость к внешним воздействующим факторам - разработка ученых рассчитана выдерживать мороз, жару, дождь и пыль в уличных условиях. Технология производства анализатора базируется на основе фотонных интегральных схем.
"Развитие систем мониторинга сложных инфраструктурных объектов позволит повысить безопасность при эксплуатации инженерных объектов. Благодаря внедрению КАСВОД станет возможным получение оперативной информации и быстрое принятие решений в случае разрушений инженерных конструкций. Кроме того, новая разработка позволит заменить иностранные аналоги. Работы по проекту планируется завершить в будущем году, а уже в 2025-м КАСВОД начнут ставить на производство на предприятиях Пермского края", - пояснили в Центре компетенций НТИ "Фотоника".
Ученые ПГНИУ разработали новые виды оптических волокон для систем и датчиков, которые за счет ускорения передачи данных сократят время реакции системы на нештатные ситуации на атомных электростанциях.
Как пояснили в пресс-службе Центра компетенций НТИ "Фотоника", использование новой разработки позволит устанавливать на узлы атомных электростанций (АЭС) распределенные датчики. Они станут своеобразной нервной системой объекта, которая позволит контролировать каждый его метр. При использовании оптических волокон вместо медных проводов скорость передачи данных возрастает почти в два раза. Это позволит очень быстро получить информацию о возможной нештатной ситуации и предпринять меры для того, чтобы ее избежать.
Еще одно преимущество использования технологий фотоники на АЭС заключается в том, что оптическое волокно обладает устойчивостью к радиации и высоким температурам (до 600 градусов Цельсия). Его разработчики смогли добиться этого за счет изготовления сердцевины волокон из нелегированного кварцевого стекла и нанесения медного покрытия в процессе обработки заготовок.
Новые виды оптических волокон также помогут усовершенствовать оборудование в области медицины и телекоммуникаций. В обозримом будущем их серийным производством займется одно из приборостроительных предприятий Пермского края.
В молодежной лаборатории интегральной фотоники ПГНИУ реализуется сразу несколько перспективных проектов, направленных на создание различных устройств на основе технологий фотоники. Среди них есть разработки для лечения и омоложения кожи лица с помощью определенного спектра светового излучения.
В лаборатории также разрабатывают различные датчики на основе оптического волокна. Их сферой применения могут стать опасные производства, где требуются устройства для измерения температуры, давления и обнаружения в воздухе вредных веществ. Работают такие устройства без электрического питания, поэтому они не могут стать источником воспламенения и пожара.
Кроме того, ученые ПГНИУ разработали технологию производства микролинз, которые используются для соединения оптоволоконных кабелей. С ее помощью можно сократить потери оптического сигнала при передаче данных по кабелю. Волокна с микролинзами также могут использоваться в сфере биотехнологий, когда необходимо провести исследование внутри живого организма. В лаборатории уже изготовлены и испытаны несколько сотен подобных оптических элементов.
Фотоника на форуме
В Перми есть возможность не только исследовать свойства оптических сигналов и разрабатывать устройства на их основе, но и анализировать возможности технологий фотоники в перспективе ближайших лет. Один из ежегодных форумов в этой сфере - "Неделя фотоники", его проводит Центр компетенций НТИ "Фотоника" ПГНИУ совместно с членами консорциума. На площадках города и в онлайн-студиях пройдут круглые столы, семинары и публичные обсуждения, посвященные фотонике и ее развитию в стране и крае.
В этом году мероприятие пройдет в Перми с 29 сентября по 6 октября. В программе - открытые лекции о фотонике для учителей естественно-научного направления, студентов и старшеклассников, научно-популярное шоу для молодежи с участием молодых ученых "Реальная кафедра", а также Всероссийская Диановская конференция по волоконной оптике (ВКВО-2023), проводимая по инициативе ПАО "ПНППК". Лекторами "Недели фотоники" станут ведущие российские ученые в области фотонных технологий из ПГНИУ, Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта, НОЦ "Фундаментальная и прикладная фотоника. Нанофотоника" и других ведущих организаций.