eng
Выпуск #3/2017
Е.В.Петровская
Фотоника: от фундаментальных аспектов к практическим приложениям
Фотоника: от фундаментальных аспектов к практическим приложениям
Просмотры: 2098
Научная сессия Отделения физических наук РАН "Фотоника: фундаментальные аспекты и практические приложения" состоялась 5 апреля. На встрече обсуждалось актуальное состояние и направления развития российской фотоники.
DOI: 10.22184/1993-7296.2017.63.3.126.131
DOI: 10.22184/1993-7296.2017.63.3.126.131
5 апреля в Российской академии наук прошло заседание научной сессии Отделения физических наук РАН "Фотоника: фундаментальные аспекты и практические приложения". Научная сессия была приурочена к 10-летнему юбилею журнала "ФОТОНИКА". Вел сессию академик-секретарь ОФН РАН академик РАН Иван Александрович Щербаков. На заседании присутствовали ведущие специалисты академической науки, представители правительственных учреждений (Минпромторг), руководители государственных предприятий и частных фирм.
Открыл научную сессию академик РАН Юрий Юрьевич Балега. Он рассказал об использовании ПЗС-систем нового поколения в фундаментальных и прикладных исследованиях в области астрономии. В выступлении были представлены результаты использования ПЗС-систем на 6-м телескопе РАН, в других обсерваториях России, в инструментах корпорации "Роскосмос" и в обсерваториях других стран. Ю.Ю.Балега презентовал разработки САО РАН в области ПЗС-контроллеров, которые существенно превышают по своим техническим характеристикам разработки мировых лидеров среди производителей ПЗС-систем. Докладчик привел интересные факты, связанные с бизнесом в области производства ПЗС-систем: оказалось, что американская компания Teledyne поглотила практически все компании США и Европы, производящие детекторы для регистрации слабых изображений в видимом и ИК-диапазоне: E2V, Photometrics, Princeton Instruments, DALSA, Rockwell Sci. (NICMOS, HAWAII), а компания HAMAMATSU перестала производить матрицы большого формата. В этих условиях в России действуют компании ЦНИИ ЭЛЕКТРОН, ОРИОН и ИФП, производящие матрицы ИК-диапазона.
Следующий доклад был посвящен новым подходам к диагностике и лечению социально значимых заболеваний с применением лазерно-спектроскопических приборов и инструментов. Доктор физико-математических наук Виктор Борисович Лощенов (ИОФ РАН, лаборатория лазерной биоспектроскопии). рассказал, что анализ состояния здоровья пациентов после лечения онкологических заболеваний отражает медлительность в прогрессе выживаемости таких больных. Специалисты связывают причины этого явления с тем, что традиционные методы химиотерапии оказываются малоэффективными в лечении многих типов опухолей. Поэтому на первый план врачи ставят проблемы своевременной диагностики заболевания и лечения ранних стадий опухолей. Оптические методы обладают потенциальными возможностями одновременно детектировать и лечить патологии размером 5–10 мкм. В докладе предложены пути улучшения результативности лечения через искусственное изменение направления действия иммунитета, совмещенное с методами фотодинамической терапии.
В выступлении члена-.корреспондента РАН Сергея Владимировича Гарнова (ИОФ РАН) были представлены новейшие методы генерации сверхширокополосных терагерцевых и гигагерцевых электромагнитных импульсов лазерно-индуцированными сверхсветовыми источниками. Эти работы выполнены в последние годы в ИОФ РАН им. А. М. Прохорова и РФЯЦ-ВНИИЭФ (г. Саров).
С подробной презентацией, демонстрирующей использование методов фото-
ники в эндохирургии выступил д. ф.‑ м. н. Давид Кочиев. Его доклад "Методы фотоники в эндохирургии" был посвящен развитию направления эндохирургии, которое, совмещая методы эндоскопического и лапароскопического доступа, произвело революцию в хирургии. Использование новой техники проведения операций, связанной с изменением оперативного доступа, стало возможным благодаря развитию волоконной оптики. Это позволило использовать лазеры в новом качестве для диагностики, хирургии, навигации и прочих клинических применений. В 1963 году было зарегистрировано открытие светогидравлического эффекта – явления возникновения гидравлического ударного импульса при поглощении внутри жидкости лазерного излучения (А.М.Прохоров, Г.А.Аскарьян и Г.П.Шипуло). Результаты исследований, проводимых в последующие десятилетия, позволили создать методы и приборы, основанные на избирательности воздействия лазерного излучения на объекты разной структуры. Докладчик резюмировал, что развитие эндохирургии стимулирует разработки и внедрение в клиническую практику новых лазерных хирургических систем, нового волоконного инструментария и оптических систем высокого разрешения.
Доклад директора КФТИ КНЦ РАН д. ф.‑
м. н. Алексея Алексеевича Калачева "Оптическая квантовая память как основной элемент дальнодействующей квантовой связи" был посвящен проблемам создания элементов квантовой связи. В настоящее время во всем мире наблюдается неуклонный рост пользователей сети Интернет, а также потоков информации, передаваемой по оптическим каналам связи. На этом фоне растет количество атак на системы безопасности и несанкционированных доступов к базам данных и аккаунтам пользователей. Поэтому актуальной задачей является разработка квантовых сетей связи, использующих протоколы квантовой криптографии, которые гарантируют абсолютную секретность передаваемой информации. Протоколы квантовой криптографии характеризуются безусловной стойкостью к различным атакам, то есть их безопасность не зависит от вычислительных возможностей компьютеров, используемых для взлома. Однако, несмотря на значительные успехи (в настоящее время в мире уже действует несколько коммерческих криптографических сетей), существует целый ряд нерешенных проблем, препятствующих широкому внедрению квантовой криптографии. Наиболее важной является отсутствие квантовых повторителей.
В своем выступлении член-корреспондент РАН Владимир Викторович Иванов показал, какие особенности фундаментальной науки связывают ее с современными технологиями и наукоемким бизнесом. В докладе было подчеркнуто, что основные функции фундаментальной науки – это познавательная, образовательная, экспертная и прогностическая. Он подчеркнул дуализм инновационного развития, когда современное состояние фундаментальной науки определяет состояние бизнеса в долгосрочной перспективе, а современное состояние бизнеса определяет уровень и перспективы развития фундаментальной науки.
В дискуссию с докладчиком вступил директор Института развития Петр Аркадьевич Верник, аргументированно доказывая, что в развитии фундаментальной науки не просматривается постепенное открытие физических закономерностей. Поэтому линейные законы не могут быть применимы к прогнозу развития науки и технологий. Он подчеркнул, что на пути инновационного развития стоит отсутствие конструктивного диалога между властью, наукой, бизнесом.
О парадоксах, перспективах и первых экспериментах с диэлектрическими резонансными магнитными диполями выступил д. ф.‑ м. н. Александр Борисович Шварцбург (ОИВТ РАН). Он рассказал о разработанных и изготовленных диэлектрических колебательных контурах ГГц-диапазона, возбуждаемых тока-
ми смещения. Следующим этапом в экспериментах станет исследование анизотропии полей, индуцируемых токами смещения в диэлектрических контурах переменной кривизны.
Подробный обзор о ближайших перспективах практического применения систем, основанных на терагерцевом излучении, сделал профессор физфака МГУ, д. ф.‑ м. н. Александр Павлович Шкуринов. Он показал основные направления развития современных исследований, акцентировал внимание слушателей на проблемах, мешающих использованию терагерцевых источников при детектировании опасных веществ. Доклад был насыщен и вызвал много вопросов со стороны слушателей.
С презентацией о современном состоянии высокоточной лазерной дальнометрии выступил член редколлегии журнала ФОТОНИКА д. т. н. Владимир Пав-
лович Васильев (НПО "Системы прецизионного приборостроения"). Он рассказал о российской сети лазерных станций, о лазерных системах прецизионной точности для измерения дальности и передачи времени (ОКР "ГЛОНАСС-КК-Н"). Докладчик кратко осветил проблемы, возникающие на пути достижения субмиллиметровой точности измерений дальности по лазерным спутникам. Он информировал участников сессии о том, что 21 сентября 2009 года был произведен запуск космического аппарата "Метеор-М", от которого отделен сферический стеклянный наноспутник "Блиц". Глобальную поддержку орбиты "Блиц" обеспечили Российские КОС и станции Международной службы лазерной дальнометрии по соглашению между Роскосмосом и ILRS. Рассказом о строящейся станции для лазерной локации Луны и дальних космических аппаратов радиоастрономии с отражателями на борту докладчик закрыл научную сессию.
Затем состоялось заседание круглого стола, на котором участники сессии обсудили вопросы современного состояния использования технологий фотоники и их информационного обеспечения.
Открыл заседание президент Лазерной ассоциации д. ф.‑ м. н. Иван Борисович Ковш. Он кратко представил ключевые данные по мировому рынку фотоники, акцентировал внимание слушателей на экономическом значении фотоники, обобщил данные по российской лазерно-оптической отрасли. В дискуссии принял участие д.ф.-м.н. Алексей Алексеевич Калачев (КФТИ РАН), указав на проблему нехватки специализированной учебной литературы по фотонике; д. ф.‑ м. н. Владимир Викторович Венедиктов (СПб ГУ) поддержал мысль о необходимости обучения молодежи современным технологическим лазерным инструментам; к. т. н. Владимир Павлович Минаев (ИРЭ-Полюс) призвал обратить особое внимание на отражение в издательском деле медицинских приложений фотоники. Присутствующие поддержали тему издания образовательной литературы по фотонике и обсудили возможности решения возникающих проблем. Более подробную оценку состоянию книжного рынка в области фотоники дал директор книгоиздательских программ АО "РИЦ"ТЕХНОСФЕРА" Сергей Александрович Орлов. Он также кратко рассказал о зарождении серии книг "МИР ФОТОНИКИ", о сотрудничестве издательства с Минпромторгом России. Орлов подчеркнул, что на первом заседании редакционного совета серии были отобраны 37 книг и сформирован план по работе над изданиями. Завершая свое выступление, С. А. Орлов пригласил всех присутствовавших к сотрудничеству в развитии серии книг "МИР ФОТОНИКИ". Возникла очень бурная дискуссия. Ответное слово на многочисленные вопросы участников заседания взяла генеральный директор издательства Ольга Андреевна Казанцева. Она призвала заинтересованных лиц проявлять инициативу, выступая с предложениями по тематикам, наиболее востребованным современными производителями и вузами, готовящими специалистов лазерной отрасли.Закрыл заседание краткий доклад к. ф.‑ м. н. Р.А.Хабибулина (РАН) "Первый отечественный квантово-каскадный лазер терагерцового диапазона частот".
И организаторы, и участники выразили желание проводить подобные встречи на регулярной основе с тем, чтобы определять актуальное состояние и направления развития российской фотоники.
Открыл научную сессию академик РАН Юрий Юрьевич Балега. Он рассказал об использовании ПЗС-систем нового поколения в фундаментальных и прикладных исследованиях в области астрономии. В выступлении были представлены результаты использования ПЗС-систем на 6-м телескопе РАН, в других обсерваториях России, в инструментах корпорации "Роскосмос" и в обсерваториях других стран. Ю.Ю.Балега презентовал разработки САО РАН в области ПЗС-контроллеров, которые существенно превышают по своим техническим характеристикам разработки мировых лидеров среди производителей ПЗС-систем. Докладчик привел интересные факты, связанные с бизнесом в области производства ПЗС-систем: оказалось, что американская компания Teledyne поглотила практически все компании США и Европы, производящие детекторы для регистрации слабых изображений в видимом и ИК-диапазоне: E2V, Photometrics, Princeton Instruments, DALSA, Rockwell Sci. (NICMOS, HAWAII), а компания HAMAMATSU перестала производить матрицы большого формата. В этих условиях в России действуют компании ЦНИИ ЭЛЕКТРОН, ОРИОН и ИФП, производящие матрицы ИК-диапазона.
Следующий доклад был посвящен новым подходам к диагностике и лечению социально значимых заболеваний с применением лазерно-спектроскопических приборов и инструментов. Доктор физико-математических наук Виктор Борисович Лощенов (ИОФ РАН, лаборатория лазерной биоспектроскопии). рассказал, что анализ состояния здоровья пациентов после лечения онкологических заболеваний отражает медлительность в прогрессе выживаемости таких больных. Специалисты связывают причины этого явления с тем, что традиционные методы химиотерапии оказываются малоэффективными в лечении многих типов опухолей. Поэтому на первый план врачи ставят проблемы своевременной диагностики заболевания и лечения ранних стадий опухолей. Оптические методы обладают потенциальными возможностями одновременно детектировать и лечить патологии размером 5–10 мкм. В докладе предложены пути улучшения результативности лечения через искусственное изменение направления действия иммунитета, совмещенное с методами фотодинамической терапии.
В выступлении члена-.корреспондента РАН Сергея Владимировича Гарнова (ИОФ РАН) были представлены новейшие методы генерации сверхширокополосных терагерцевых и гигагерцевых электромагнитных импульсов лазерно-индуцированными сверхсветовыми источниками. Эти работы выполнены в последние годы в ИОФ РАН им. А. М. Прохорова и РФЯЦ-ВНИИЭФ (г. Саров).
С подробной презентацией, демонстрирующей использование методов фото-
ники в эндохирургии выступил д. ф.‑ м. н. Давид Кочиев. Его доклад "Методы фотоники в эндохирургии" был посвящен развитию направления эндохирургии, которое, совмещая методы эндоскопического и лапароскопического доступа, произвело революцию в хирургии. Использование новой техники проведения операций, связанной с изменением оперативного доступа, стало возможным благодаря развитию волоконной оптики. Это позволило использовать лазеры в новом качестве для диагностики, хирургии, навигации и прочих клинических применений. В 1963 году было зарегистрировано открытие светогидравлического эффекта – явления возникновения гидравлического ударного импульса при поглощении внутри жидкости лазерного излучения (А.М.Прохоров, Г.А.Аскарьян и Г.П.Шипуло). Результаты исследований, проводимых в последующие десятилетия, позволили создать методы и приборы, основанные на избирательности воздействия лазерного излучения на объекты разной структуры. Докладчик резюмировал, что развитие эндохирургии стимулирует разработки и внедрение в клиническую практику новых лазерных хирургических систем, нового волоконного инструментария и оптических систем высокого разрешения.
Доклад директора КФТИ КНЦ РАН д. ф.‑
м. н. Алексея Алексеевича Калачева "Оптическая квантовая память как основной элемент дальнодействующей квантовой связи" был посвящен проблемам создания элементов квантовой связи. В настоящее время во всем мире наблюдается неуклонный рост пользователей сети Интернет, а также потоков информации, передаваемой по оптическим каналам связи. На этом фоне растет количество атак на системы безопасности и несанкционированных доступов к базам данных и аккаунтам пользователей. Поэтому актуальной задачей является разработка квантовых сетей связи, использующих протоколы квантовой криптографии, которые гарантируют абсолютную секретность передаваемой информации. Протоколы квантовой криптографии характеризуются безусловной стойкостью к различным атакам, то есть их безопасность не зависит от вычислительных возможностей компьютеров, используемых для взлома. Однако, несмотря на значительные успехи (в настоящее время в мире уже действует несколько коммерческих криптографических сетей), существует целый ряд нерешенных проблем, препятствующих широкому внедрению квантовой криптографии. Наиболее важной является отсутствие квантовых повторителей.
В своем выступлении член-корреспондент РАН Владимир Викторович Иванов показал, какие особенности фундаментальной науки связывают ее с современными технологиями и наукоемким бизнесом. В докладе было подчеркнуто, что основные функции фундаментальной науки – это познавательная, образовательная, экспертная и прогностическая. Он подчеркнул дуализм инновационного развития, когда современное состояние фундаментальной науки определяет состояние бизнеса в долгосрочной перспективе, а современное состояние бизнеса определяет уровень и перспективы развития фундаментальной науки.
В дискуссию с докладчиком вступил директор Института развития Петр Аркадьевич Верник, аргументированно доказывая, что в развитии фундаментальной науки не просматривается постепенное открытие физических закономерностей. Поэтому линейные законы не могут быть применимы к прогнозу развития науки и технологий. Он подчеркнул, что на пути инновационного развития стоит отсутствие конструктивного диалога между властью, наукой, бизнесом.
О парадоксах, перспективах и первых экспериментах с диэлектрическими резонансными магнитными диполями выступил д. ф.‑ м. н. Александр Борисович Шварцбург (ОИВТ РАН). Он рассказал о разработанных и изготовленных диэлектрических колебательных контурах ГГц-диапазона, возбуждаемых тока-
ми смещения. Следующим этапом в экспериментах станет исследование анизотропии полей, индуцируемых токами смещения в диэлектрических контурах переменной кривизны.
Подробный обзор о ближайших перспективах практического применения систем, основанных на терагерцевом излучении, сделал профессор физфака МГУ, д. ф.‑ м. н. Александр Павлович Шкуринов. Он показал основные направления развития современных исследований, акцентировал внимание слушателей на проблемах, мешающих использованию терагерцевых источников при детектировании опасных веществ. Доклад был насыщен и вызвал много вопросов со стороны слушателей.
С презентацией о современном состоянии высокоточной лазерной дальнометрии выступил член редколлегии журнала ФОТОНИКА д. т. н. Владимир Пав-
лович Васильев (НПО "Системы прецизионного приборостроения"). Он рассказал о российской сети лазерных станций, о лазерных системах прецизионной точности для измерения дальности и передачи времени (ОКР "ГЛОНАСС-КК-Н"). Докладчик кратко осветил проблемы, возникающие на пути достижения субмиллиметровой точности измерений дальности по лазерным спутникам. Он информировал участников сессии о том, что 21 сентября 2009 года был произведен запуск космического аппарата "Метеор-М", от которого отделен сферический стеклянный наноспутник "Блиц". Глобальную поддержку орбиты "Блиц" обеспечили Российские КОС и станции Международной службы лазерной дальнометрии по соглашению между Роскосмосом и ILRS. Рассказом о строящейся станции для лазерной локации Луны и дальних космических аппаратов радиоастрономии с отражателями на борту докладчик закрыл научную сессию.
Затем состоялось заседание круглого стола, на котором участники сессии обсудили вопросы современного состояния использования технологий фотоники и их информационного обеспечения.
Открыл заседание президент Лазерной ассоциации д. ф.‑ м. н. Иван Борисович Ковш. Он кратко представил ключевые данные по мировому рынку фотоники, акцентировал внимание слушателей на экономическом значении фотоники, обобщил данные по российской лазерно-оптической отрасли. В дискуссии принял участие д.ф.-м.н. Алексей Алексеевич Калачев (КФТИ РАН), указав на проблему нехватки специализированной учебной литературы по фотонике; д. ф.‑ м. н. Владимир Викторович Венедиктов (СПб ГУ) поддержал мысль о необходимости обучения молодежи современным технологическим лазерным инструментам; к. т. н. Владимир Павлович Минаев (ИРЭ-Полюс) призвал обратить особое внимание на отражение в издательском деле медицинских приложений фотоники. Присутствующие поддержали тему издания образовательной литературы по фотонике и обсудили возможности решения возникающих проблем. Более подробную оценку состоянию книжного рынка в области фотоники дал директор книгоиздательских программ АО "РИЦ"ТЕХНОСФЕРА" Сергей Александрович Орлов. Он также кратко рассказал о зарождении серии книг "МИР ФОТОНИКИ", о сотрудничестве издательства с Минпромторгом России. Орлов подчеркнул, что на первом заседании редакционного совета серии были отобраны 37 книг и сформирован план по работе над изданиями. Завершая свое выступление, С. А. Орлов пригласил всех присутствовавших к сотрудничеству в развитии серии книг "МИР ФОТОНИКИ". Возникла очень бурная дискуссия. Ответное слово на многочисленные вопросы участников заседания взяла генеральный директор издательства Ольга Андреевна Казанцева. Она призвала заинтересованных лиц проявлять инициативу, выступая с предложениями по тематикам, наиболее востребованным современными производителями и вузами, готовящими специалистов лазерной отрасли.Закрыл заседание краткий доклад к. ф.‑ м. н. Р.А.Хабибулина (РАН) "Первый отечественный квантово-каскадный лазер терагерцового диапазона частот".
И организаторы, и участники выразили желание проводить подобные встречи на регулярной основе с тем, чтобы определять актуальное состояние и направления развития российской фотоники.
Отзывы читателей
