ФИАН представил инновационные разработки на выставке «Фотоника-2025»

Выставка объединила представителей более 230 предприятий и фирм – производителей лазерной и оптической продукции, научно-исследовательских институтов и ведущих учебных заведений из Армении, Индии, Китая, Республики Беларусь и России. Свои инновационные разработки представили 138 российских компаний.

На стенде ФИАН были представлены научно-технологические разработки Института в области оптики, лазерных технологий, фотоники и сенсорики, оптической голографии и литографии, микроэлектроники, действующие макеты экспериментальных стендов, образцы прецизионных оптических изделий, лазерных кристаллов и микроструктур. В течение всего времени работы выставки последовательно были представлены разработки отделений центральной площадки, Троицкого обособленного подразделения и Самарского филиала ФИАН, в т.ч. результаты совместной работы разных отделений:

1. Компактный высококогерентный перестраиваемый диодный лазер с внешним резонатором для спектроскопии высокого разрешения (Лаборатория стандартов частоты, Отдел лазерных технологий ТОП ФИАН). Такие лазеры используются в прецизионной спектроскопии и квантовой оптике, в т.ч. для лазерного охлаждения атомов рубидия. Ультрахолодные атомные ансамбли являются мощнейшим инструментом многих современных экспериментов в области квантовых технологий и фундаментальных исследований. Длина волны выставочного макета компактного диодного лазера стабилизируется с помощью ячейки, заполненной парами атомов рубидия, изготовленной по оригинальной технологии. Атомные ячейки применяются в качестве чувствительных элементов в оптических и микроволновых стандартах частоты, квантовых магнитометрах с оптической накачкой, ЯМР гироскопах на изотопах Xe. Экспозиция подготовлена сотрудниками Лаборатории стандартов частоты ТОП ФИАН к.ф.-м.н. В.Л. Величанским, к.ф.-м.н. М.И. Васьковской, В.В. Васильевым, Д.С. Чучеловым, К.М. Сабакарем; руководитель лаборатории – к.ф.-м.н. С.А. Зибров.

2. Лазерные методы создания метаоптических элементов в объеме прозрачных диэлектриков (Лаборатория лазерной нанофизики и биомедицины). В настоящее время одной из ключевых научно-технологических проблем является разработка методов долговременного хранения значительных объемов данных. Перспективным направлением в этой области выступает использование трехмерных структур из двулучепреломляющих микротреков, формируемых в объеме прозрачных диэлектриков посредством фемтосекундной лазерной записи. Упорядоченные массивы таких оптических элементов модифицируют поляризационные характеристики проходящего излучения, что визуально проявляется в виде контролируемого окрашивания обработанных областей. Яркой демонстрацией возможностей данной технологии стала работа сотрудников Лаборатории лазерной нанофизики и биомедицины, выполненная к 90-летнему юбилею ФИАН в 2024 году (руководитель лаборатории – д.ф.-м.н. С.И. Кудряшов). С помощью прецизионной фемтосекундной лазерной системы сотрудники реализовали трехмерную запись эмблемы института в пластине плавленого кварца. Полученная структура наглядно иллюстрирует потенциал метода в управлении цветопередачей за счет эффектов двулучепреломления, открывая новые перспективы для разработки оптических систем хранения информации и декоративного маркирования прозрачных материалов.

3. Технология синтеза монокристаллов А2В6, легированных переходными металлами, и образцы кристаллов для лазерной генерации в среднем инфракрасном диапазоне на длинах волн 2–7 мкм (Лаборатория лазеров с катодно-лучевой накачкой, Отдел лазерных технологий ТОП ФИАН). Была представлена экспозиция из выращенных кристаллов и активных лазерных элементов: ZnSe:Cr, CdSe:Cr, CdTe:Fe, CdSe:Fe, ZnSe:Fe. Лазеры на основе таких кристаллов имеют широкие перспективы использования для спектроскопии сложных молекул, экологического контроля атмосферы, медицины, лидаров и других применений. Экспозиция подготовлена ведущим научным сотрудником Лаборатории лазеров с катодно-лучевой накачкой к.т.н. Ю.В. Коростелиным; руководитель лаборатории – д.ф.-м.н. В.И. Козловский.

4. Образцы изделий и оборудования, произведенные при помощи 3D-печати из пластика (Центр высокотемпературной сверхпроводимости и квантовых материалов им. В.Л. Гинзбурга ФИАН). Научной группой ЦВСиКМ ФИАН сначала было освоено изготовление стандартных держателей оптики при помощи 3D-печати, что уже делают многие лаборатории. Далее были развиты технологии обработки пластика (создание резьбы, склеивание, герметизация) для создания таких приборов, как представленные на экспозиции металлографический микроскоп, в котором все элементы, кроме камеры, оптики и подвижки, напечатаны, и вакуумная камера-криостат для микроскопии. Представленные разработки показывают возможность значительно удешевить процесс лабораторного прототипирования достаточно сложных установок, заменяя приобретение дорогостоящих металлических конструкций напечатанными элементами. Наиболее перспективным направлением использования развитой технологии является образование — на основе подобных приборов можно разработать практико-ориентированный курс оптики и организовать проектную деятельность школьников и студентов младших курсов. Экспозиция подготовлена сотрудниками ЦВСиКМ ФИАН; руководитель лаборатории – д.ф.-м.н. А.Ю. Кунцевич.

5. Выставочный макет медицинского лазерного аппарата на парах меди для микрохирургических операций в области дерматологии, косметологии, гинекологии, онкологии и офтальмологии (Лаборатория медицинской лазерной техники, Отдел Технопарк «Прецизионные оптические технологии» ТОП ФИАН). Аппарат является примером многолетнего опыта разработок и производства высокотехнологичного медицинского лазерного оборудования, а также клинического опыта использования лазерных технологий, имеет регистрационное удостоверение Росздравнадзора. Макет подготовлен сотрудниками Лаборатории медицинской лазерной техники ТОП ФИАН; руководитель лаборатории – к.ф.-м.н. И.В. Пономарев.

6. Технология изготовления и выставочные образцы прецизионных оптических компонент: зеркал, многослойных интерференционных фильтров, просветляющих покрытий (Отдел Технопарк «Прецизионные оптические технологии» ТОП ФИАН). Презентация оптического производства включала в себя технологии изготовления оптических деталей с шероховатостью   ̴ 1 Å, зеркал с малыми потерями (коэффициент отражения    ̴ 99,999%), зеркал с высокой лучевой стойкостью, спектральных фильтров с полушириной   ̴ 3Å и коэффициентом пропускания более 90% и других типов оптических покрытий для широкого спектра оптических изделий: дихроичные зеркала, поляризаторы, чирпированные зеркала, просветляющая оптика, спектральные фильтры, светоделители, металлические зеркала и др. Экспозиция подготовлена сотрудниками Отдела Технопарк «Прецизионные оптические технологии» ТОП ФИАН С.В. Кузьмичем и Г.П. Карповым; руководитель отдела – к.ф.-м.н. А.В. Залыгин.

7. Высокостабильный метановый оптический стандарт частоты (Лаборатория стандартов частоты, Отдел лазерных технологий ТОП ФИАН). Непрерывный He-Ne/СН4 лазер (длина волны 3,39 мкм), стабилизированный по узкой спектральной линии метана, входящий в состав фотонного СВЧ-генератора и задающий «опорную» оптическую частоту для синхронизации частоты повторения импульсов фемтосекундного волоконного лазера (длина волны 1,55 мкм). Благодаря использованию такого лазера стабильность компонент СВЧ-гребенки (1-10 ГГц) на выходе фотодетектора, регистрирующего фемтосекундные импульсы, приобретает стабильность частоты He-Ne/CH4 лазера. Предельная кратковременная стабильность оптической частоты опорного He-Ne/CH4 лазера определяется «естественными» частотными шумами излучения, которые находятся на уровне ≈ 0,1 Гц/√Гц (в относительных единицах ≈ 10^(-15) /√Гц). Это позволяет снизить на 1–2 порядка кратковременную нестабильность частоты и уровень фазовых шумов СВЧ-гармоник фотонного СВЧ-генератора по сравнению с водородными мазерами, кварцевыми и оптоэлектронными генераторами. Применяемые отечественные технологии, разработанные в сотрудничестве с высокотехнологическими компаниями-арендаторами, многолетними партнерами ФИАН ООО «Авеста» и ООО «Флавт», обеспечивают устойчивую автономную работу лазера при сохранении параметров в течение не менее 5 лет. Экспозиция подготовлена сотрудниками Лаборатории стандартов частоты Отдела лазерных технологий ТОП ФИАН; руководитель отдела – д.ф.-м.н. М.А. Губин.

8. Техника трехмерной флуоресцентной микроскопии с использованием адаптивной оптики (Отдел перспективной фотоники и сенсорики ТОП ФИАН и Лаборатория когерентной оптики СФ ФИАН в коллаборации с Институтом спектроскопии РАН и Московским педагогическим государственным университетом). Флуоресцентная наноскопия – оптическая спектроскопия и микроскопия сверхвысокого пространственного разрешения с локализацией одиночных светящихся меток (молекул, белков, квантовых точек) – относится к новым перспективным методам исследования и диагностики материалов. На стенде была представлена схема установки разработанного 3D-наноскопа. Высокоэффективный дифракционный оптический элемент, формирующий биспиральную функцию рассеяния точечного излучателя, разработан в лаборатории когерентной оптики СФ ФИАН на основе оптики спиральных пучков. Экспериментальная установка ЗD флуоресцентного наноскопа была создана в межинститутской научной группе по лазерно-селективной спектроскопии и наноскопии одиночных молекул, конденсированных сред и наноструктур под руководством д.ф.-м.н. чл.-корр. РАН А.В. Наумова. Пространственное разрешение созданной установки на 1.5 порядка превосходит дифракционный предел и позволяет определять три пространственные координаты люминесцирующего излучателя с точностью порядка 10 нм. Такие системы могут найти применение для решения различных задач микро- и нанодиагностики: трекинга отдельных частиц, измерения локальных микрореологических параметров среды, определения структуры нанопор в мембранных фильтрах, исследования взаимодействия наноструктур с живыми клетками. Экспозиция подготовлена сотрудниками Отдела перспективной фотоники и сенсорики ТОП ФИАН (руководитель отдела – д.ф.-м.н. А.В. Наумов) и Лаборатории когерентной оптики СФ ФИАН (руководитель лаборатории – д.ф.-м.н. С.П. Котова).

9. Генератор вихревых световых полей на основе жидкокристаллического сегнетоэлектрика (Лаборатория когерентной оптики СФ ФИАН и Лаборатория оптоэлектронных процессоров Отделения квантовой радиофизики им. Н.Г. Басова ФИАН). Была представлена впервые созданная электроуправляемая секторная спиральная фазовая пластинка на основе спиральной наноструктуры сегнетоэлектрического жидкого кристалла, работающего как электрооптическая среда пространственно-временного модулятора света. Данное устройство обеспечивает формирование и реконфигурацию кольцеобразных вихревых световых полей с топологическим зарядом от 1 до 4. Время переключения формируемых полей определяется временем перестройки слоя ЖК при подаче напряжения, которое составляет 150 микросекунд, обеспечивая частоту перестройки до 3 кГц, что на один-два порядка больше, чем у известных ЖК, используемых в современных пространственно-временных фазовых модуляторах света. Областью возможного применения высокочастотного генератора вихревых полей могут быть лазерные пинцеты нового поколения и системы оптической связи. Презентация подготовлена сотрудниками Лаборатории когерентной оптики СФ ФИАН; руководитель лаборатории – д.ф.-м.н. С.П. Котова.

10. Лазерная термообработка сплавов на основе железа: металлофизические и технологические аспекты (Лаборатория лазерно-индуцированных процессов СФ ФИАН совместно с ООО НПП «ИНЖЕКТ», г. Саратов). Представлены результаты исследований структуры и фазового состава зоны лазерной обработки конструкционных сталей и чугунов. Для локального термоупрочнения стали использовалась установка на базе 6 кВт диодного лазера (ООО «НПП «Инжект»). Особенностью данного лазерного комплекса является возможность регулировки энергетического профиля лазерного пятна в зоне обработки в конкретных технологических процессах. Полученные результаты свидетельствуют о существенных изменениях структуры и фазового состава в поверхностном слое материала после лазерной термообработки: деформационные характеристики модифицированных структур увеличиваются в 2-4 раза. Эти результаты положены в основу разработки технологических процессов лазерного упрочнения. Установленные механизмы упрочнения реализованы на практике. Ресурс упрочненных изделий (рабочей поверхности штока плунжерного насоса: сталь 40Х) в среднем увеличился в 2-3 раза. Для чугуна после лазерной обработки с оплавлением линейный износ уменьшается более чем в 50 раз, а коэффициент трения – на 30%. Презентация подготовлена сотрудниками Лаборатории лазерно-индуцированных процессов СФ ФИАН; руководитель лаборатории – д.т.н. С.И. Яресько.

11. Лазерные технологии изготовления композиционных пьезоматериалов на основе поливинилиденфторида ПВДФ (Лаборатория лазерно-индуцированных процессов СФ ФИАН). В презентации представлены результаты исследований по разработке физико-химических основ технологий получения пленочных и объемных пьезоматериалов из порошковых композиций чистого ПВДФ и ПВДФ с керамическими наполнителями. Представлены схема получения полимерных и керамополимерных пленок на основе ПВДФ и СЭМ фотография поверхности пленки ПВДФ; внешний вид объемных полимерных и керамополимерных материалов, полученных двумя методами 3D-печати – экструзией материала и селективным лазерным спеканием. Показано, что методом лазерной обработки спрессованных композиций можно получить пленки толщиной 50-250 мкм с концентрацией наполнителя до 70 мас.% и открытой  пористостью 10-50%. Представлены диаграммы «напряжение – деформация» для образцов, изготовленных различными методами 3D-печати. Композиционные пористые материалы на основе ПВДФ могут применяться для изготовления датчиков давления и вибрации, гибких пьезоэлектрических приводов в компонентах soft robotic, пироэлектрических элементов тепловизоров. Материалы из чистого ПВДФ, помимо перечисленных областей, перспективны в медицине и биотехнологиях как биосовместимые покрытия для имплантов, каркасы для регенерации тканей и материал-носитель в технологиях клеточной инженерии. Презентация подготовлена сотрудниками лаборатории лазерно-индуцированных процессов СФ ФИАН; руководитель лаборатории – д.т.н. С.И. Яресько.

12. Инновационный электрод ионной оптики для времяпролетного масс-спектрометра, изготовленный методом лазерной сварки с профилированным импульсом излучения (Центр лабораторной астрофизики и Лаборатория лазерно-индуцированных процессов СФ ФИАН). Ключевой элемент данной разработки — прямоугольная апертура 10×5 см, закрытая пакетом натянутых 50-мкм нитей из нержавеющей стали с шагом 1 мм, что обеспечивает однородность электрического поля. В сравнении с традиционными для данного применения гальванопластическими сетками, технология дешевле, проще в производстве и повышает пропускную способность, чувствительность и массовое разрешение прибора. Областью возможного применения данной технологии является научное и аналитическое приборостроение, в частности изготовление ионной оптики для времяпролетных масс-спектрометров, источников ионов и электронов. Выставочный образец подготовлен сотрудниками Центра лабораторной астрофизики СФ ФИАН (руководитель лаборатории – Ph.D. И.О. Антонов) и Лаборатории лазерно-индуцированных процессов СФ ФИАН (руководитель лаборатории – д.т.н. С.И. Яресько).

Помимо презентации разработок на стенде сотрудники ФИАН приняли участие в мероприятиях научной и деловой программы выставки, в частности, в заседаниях научно-практической конференции ХIII Конгресса технологической платформы «Фотоника». В секции «Голографические технологии» выступили С.И. Кудряшов «Фемтосекундная лазерная модификация показателя преломления в объеме ПММА: механизмы и применение» и П.А. Данилов «Лазерные методы создания метаоптических элементов в объеме прозрачных диэлектриков». В секции «Фотоника в медицине и науках о жизни» доклад на тему «Рамановская спектроскопия в диагностике заболеваний мужской репродуктивной системы» представила Е.Н. Римская. Доклад на тему «Конверсия частоты излучения CO- и CO2-лазеров в спектральный диапазон ~2–20 мкм (обзор)» был представлен Ю.М. Климачевым на секции «Оптические узлы и компоненты фотоники». На секции «Радиофотоника и интегральная фотоника» были представлены доклады «Лазерные микротехнологии для монолитной постинтеграции пассивных компонент фотонных интегральных схем» С.И. Кудряшова и «Гомогенная интеграция излучающих структур в кремниевой фотонике» М.С. Ковалева.

В рамках Выставки состоялось расширенное заседание Научного совета по фотонике ОФН РАН (председатель комиссии – директор ИОФ РАН, чл.-корр. РАН С.В. Гарнов, заместитель председателя – директор ФИАН, чл.-корр. РАН Н.Н. Колачевский), организованное при активном участии сотрудников ФИАН. Программа заседания включала в себя обсуждение избранных направлений и научных результатов в области оптики и фотоники, полученных в 2024 году в научных институтах, находящихся под научно-методическим руководством ОФН РАН.

Были заслушаны доклады представителей научных коллективов из разных городов России: Москвы (МГУ, МФТИ, ФИАН, ИОФ РАН, ФНИЦ «Кристаллография и фотоника РАН», НИЦ «Курчатовский институт», НИИМЭ), Черноголовки (ИФТТ РАН), Нижнего Новгорода (ИПФ РАН), Новосибирска (ИАиЭ СО РАН, ИЛФ СО РАН) и Владивостока (ИАиПУ ДВО РАН). Директор ФИАН, чл.-корр. РАН Н.Н. Колачевский представил доклад на тему «Достижение относительной погрешности измерения разности частот на уровне 10^(-16) при синхронном сличении двух оптических часов на атомах Tm» (Д.О. Трегубов, Д.А. Мишин, Д.И. Проворченко, М.О. Яушев, В.Н. Сорокин, К.Ю. Хабарова, А.А. Головизин, Н.Н. Колачевский; ФИАН – РКЦ). Участники семинара были награждены благодарственными письмами Отделения физических наук РАН.

Участники выставки «Фотоника-2025» получили возможность ознакомиться с основными направлениями подготовки научных кадров в аспирантуре ФИАН. По итогам презентации научных достижений и технологических разработок коллектив ФИАН был награжден дипломом 19-й Международной специализированной выставки лазерной, оптической и оптоэлектронной техники «Фотоника. Мир лазеров и оптики».

Комментарий руководителя ТОП ФИАН, чл.-корр. РАН А.В. Наумова о выставке «Фотоника-2025»:

– Для ФИАН фотоника, и как научное направление, и как производственная отрасль, традиционно является одной из приоритетных тем. Начиная с работ академиков П.Н. Лебедева и С.И. Вавилова фундаментальная оптика и спектроскопия, оптическое приборостроение и смежные технологии занимают одно из центральных мест в научной работе института. Великие имена фиановских нобелевских лауреатов, многих членов Академии наук – сотрудников ФИАН так или иначе связаны с развитием фотоники. Особо здесь необходимо отметить родившиеся в стенах института лазерные технологии, получившие начало с работ академиков Н.Г. Басова и А.М. Прохорова. В настоящее время фотоника является и стратегически важным направлением работы ФИАН, и связующим звеном как различных подразделений института друг с другом, так и с ведущими научными центрами и индустриальными площадками в России и за рубежом.

Особенно важно здесь отметить не только научное содержание выставки, но и ее ярко выраженную инновационную направленность. Такая ориентированность на практический результат, как отмечает директор ФИАН член-корреспондент РАН, член Президиума РАН Николай Николаевич Колачевский, становится сейчас одной из ключевых задач работы Института и, в целом, стратегии научно-технологического развития страны в целом. Учитывая это, ФИАН традиционно уделяет большое внимание представительству на выставке “Фотоника”, которая за время, прошедшее с первой выставки 2006 года, стала главной коммуникационной площадкой лазерно-оптической отрасли России, получила признание российского и международного сообщества профессионалов фотоники, смежных технологий, представителей реального сектора экономики.

Традиционно, активное участие в выставке приняла делегация Троицкого обособленного подразделения ФИАН (руководитель – чл.-корр. РАН Андрей Витальевич Наумов, ученый секретарь – к.ф.-м.н. Камиль Равкатович Каримуллин). Само появление этого подразделения связано с решением академика Н.Г. Басова развивать технологическую площадку для обеспечения ускоренного трансфера технологий в области лазерной физики и оптико-спектрального приборостроения. В настоящее время в ТОП ФИАН ведутся фундаментальные и опытно-конструкторские работы в области прецизионной оптики, полупроводниковых лазеров, оптических стандартов частоты, опто- и микроэлектроники, квантовых технологий, медицинской фотоники. Уровень технологической готовности многих результатов позволяет перейти к промышленному производству аппаратуры. Компаниями – партнерами ФИАН, расположенными на площадке в Троицке, являются отраслевые лидеры: ООО «Авеста-проект», ООО «ФЛАВТ», ООО «Новиком», ООО «Вятич», ООО «Комплексные исследования». Партнерские отношения установлены с ведущими организациями, работающими в области фотоники, заинтересованными в разрабатываемых технологиях и продукции: МГУ им. М.В. Ломоносова, РНЦХ им. Б.В. Петровского, НИЦ Курчатовский институт, ОИЯИ, МИФИ, МФТИ, МПГУ, ИСАН, ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН.

ФИАН особое внимание уделяет вопросам подготовки кадров для отрасли, установив устойчивые взаимоотношения с ведущими вузами страны, как в формате работы базовых кафедр, так и в рамках прямых договоров о сотрудничестве: МИФИ, МФТИ, МГУ им. М.В. Ломоносова, ВШЭ, МПГУ, МГТУ им. Н.Э. Баумана, КФУ. Молодые ученые, студенты и аспиранты приняли активное участие в работе выставки, представляя ФИАН и партнерские организации.

Работа всей отрасли фотоники и соответствующих научных направлений находит отражение в научно-технической периодике, издаваемой под эгидой ФИАН и при непосредственном участии сотрудников института, в т.ч. в журналах «Квантовая электроника» (главный редактор – чл.-корр. РАН Н.Н. Колачевский), «Успехи физических наук» (учредитель – Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, главный редактор – академик РАН О.В. Руденко), «Известия РАН. Серия физическая» (главный редактор – чл.-корр. РАН Д.Р. Хохлов), «Фотоника» (Photonics Russia) (главный научный редактор – чл.-корр. РАН А.В. Наумов), «Письма в ЖЭТФ» (главный редактор – чл.-корр. РАН В.М. Пудалов), «Краткие сообщения по физике ФИАН» (главный редактор – чл.-корр. РАН Н.Н. Колачевский).

Информация и фото предоставлены Отделом по связям с общественностью ФИАН

Источник фото: ФИАН