Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Лаборатория квантовой электроники и оптоэлектроники Научно-исследовательского технологического института имени С. П. Капицы (НИТИ) Ульяновского государственного университета

Приглашенный ученый Фотиади Андрей Александрович Россия
Номер договора
14.Z50.31.0015
Период реализации проекта
2014-2018
Заведующий лабораторией
45
Количество специалистов
90
научных публикаций
25
Объектов интеллектуальной собственности
Общая информация

Сотрудники лаборатории занимаются разработкой лазерных волоконных комплексов различной длинны волн с характеристиками (ультракороткой длительностью и пиковой мощностью выходных импульсов), превосходящими существующие аналоги. Помимо этого, проводятся исследования приложений разработанных лазерных волоконных комплексов к задачам медицины, авионики, техники связи, обработки материалов микро- и наноэлектроники.

Название проекта: Разработка единой технологической платформы лазерных источников ультракоротких импульсов сверхвысокой пиковой мощности для задач авионики, медицины и нанофотоники

Приоритет СНТР: a, б


Цели и задачи

Направления исследований: Квантовая электроника и оптоэлектроника, нелинейная оптика, плазмоника

Цель проекта:

Решение задач, находящихся на переднем крае современной лазерной физики и, в частности, волоконной оптики:

  • Получение ряда оригинальных научных результатов и технологических решений в области физики лазеров, волоконных датчиков и систем для медицины, атомной энергетики и аэрокосмического комплекса
  • Теоретические и масштабные экспериментальные исследования с участием специалистов Научного центра волоконной оптики (НЦВО) РАН, Центра оптоэлектронных исследований (Тампере, Финляндия), НИИ атомных реакторов (г. Димитровград) и других известных научных центров для разработки единой технологической платформы лазерных источников ультракоротких импульсов сверхвысокой пиковой мощности для задач авионики, медицины и нанофотоники


Практическое значение исследования

Научные результаты:

  • Развита модель динамики лазерных импульсов (пико- и субпикосекундных) в неоднородных световодах. Изготовлен полностью волоконный лазерный комплекс, обеспечивающий генерацию импульсов с пиковыми мощностями свыше 50 МВт в одномодовом режиме. Разработана методика генерации пико- и субпикосекундных лазерных импульсов с ТГц-частотой повторения в неоднородных по длине волоконных световодах, формируемых в результате развития индуцированной модуляционной неустойчивости квазинепрерывной волны.
  • Предложена усовершенствованная схема симиляритонного лазера-усилителя с шириной выходного спектра, значительно превосходящей ширину линии усиления. Предлагаемая схема позволяет существенно увеличить ширину выходного спектра импульса и добиться снижения длительности выходного импульса после компрессии. В качестве насыщающегося поглотителя система может использовать туннельно-связанные волокна. С целью повышения качества спектральной компрессии лазерного импульса произвольной формы до уровней компрессии, достижимых только для симиляритонных импульсов с параболической огибающей, предложена каскадная модель волоконной системы компрессии спектра с предварительным элементом, обеспечивающим переформирование огибающей и ее приближение к параболическому виду. Показано, что при значениях параметров, характерных для стандартных оптических одномодовых волокон, предложенная каскадная модель обеспечивает повышенное качество (более чем на порядок) компрессии спектра (по сравнению со стандартной схемой спектральной компрессии).
  • Предложена схема формирования пико- и субпикосекундных солитонов, типа некогерентных солитонов, с энергией импульса свыше 1 мДж.
  • Продемонстрирована принципиальная возможность использования эффекта захвата частоты в кольцевых резонаторах, приводящего к стабилизации лазерной генерации и сужению полосы генерации волоконного лазера до 500 Гц.
  • Продемонстрирована принципиальная возможность генерации бриллюэновской частоты в кольцевых резонаторах с захватом частоты, приводящим к стабилизации бриллюэновской генерации и сужению ее полосы до 500 Гц (в полностью волоконном исполнении).
  • Предложены нелинейные механизмы, реализующие эффект захвата частоты в волоконных резонаторах с двойным резонансом для полупроводникового и эрбиевого волоконного лазера.
  • Изучен эффект захвата частоты полупроводниковым лазером в различных режимах связи с внешним кольцевым резонатором.
  • Предложена принципиально новая схема плазмонного лазера с накачкой непрерывным током. Указано, что подобного рода генераторы смогут «перекрывать» диапазон излучений от ТГц- до ближнего рентгеновского диапазонов.
  • Обнаружен эффект сверхчувствительности биологических объектов к узкополосному (высоко когерентному) лазерному излучению на длинах волн 1264–1268 нм. Дано объяснение соответствующему эффекту.
  • На основе композитов с включением углеродных нанотрубок предложена схема генерации ТГц-излучения с лазерной (оптической) накачкой.
  • Предложены перестраиваемые лазерные источники (в оптическом и ИК-диапазоне) на основе ФК-структур с дефектами и бипериодических структур (включая магнитоуправляемые структуры).

Внедрение результатов исследования:

Предполагается получение новых научных результатов, связанных с:

  • Разработкой волоконных лазерных систем генерации импульсов высокой энергии (более 1мкДж), предназначенных для применения в телекоммуникационных технологиях (например, в атмосферных оптических линиях связи), системах авионики, медицине, технологиях микро- и наноэлектроники (сверхточная, прецизионная обработка и модификация свойств поверхности). Дальнейшие специальные НИОКР по этому направлению будут нацелены также на разработку компактных лазерных ускорителей заряженных частиц и систем управления ядерными реакциями.
  • Разработкой высокостабильных лазерных источников со сверхузкой шириной линии генерации, предназначенных для волоконных систем распределенного мониторинга различных параметров (температуры, деформации, уровня радиации и т. д.), системах микроволновой фотоники, лазерных гироскопах и т. п. Внедрение данных систем в настоящее время затрудняется из-за их высокой стоимости. Разработка ключевого элемента – узкополосного источника на основе нелинейно-оптических решений без использования дорогостоящих блоков стабилизации – значительно улучшит перспективы широкого внедрения подобных систем.
  • Разработкой (совместно со специалистами Института общей физики РАН и Института нанотехнологий и микроэлектронники РАН) волоконных лазерных комплексов, обеспечивающих сверхвысокую спектральную плотность лазерного излучения. На базе подобных лазерных комплексов могут быть созданы оригинальные технологии разделения изотопов. Как следствие, результаты разработок могут найти применение при организации производства изотопной продукции ОАО ГНЦ НИИАР при внедрении лазерного метода разделения изотопов. Оценки показывают, что внедрение этого метода в опытное производство позволит не только повысить рентабельность производства, но и увеличить ассортимент выпускаемой изотопной продукции. Особое значение производство широкого спектра радионуклидов получает вследствие развития Федерального центра радиационной медицины в регионе. К 2020 г. должна быть разработана модель волоконного лазерного источника со спектральной плотностью излучения, на 4-5 порядков превосходящей плотность стандартного лазерного источника средней мощности.
  • Разработкой генераторов терагерцового (ТГц) излучения с лазерной накачкой с КПД свыше 10%. К 2020 г. должен быть получен задел для создания модели компактного непрерывного источника ТГц-излучения с мощностью свыше 10 Вт. Генераторы ТГц-излучения имеют широкий спектр приложений в качестве инструментов неразрушающего контроля в медицине, дефектоскопии, борьбе с терроризмом и т. п. Здесь найдут отражение результаты осуществляемых в проекте исследований по возбуждению мощными лазерными импульсами плазмонных волн. Данные исследования будут проводиться в тесном контакте ведущим российским научным центром – Институтом нанотехнологий и микроэлектроники РАН, где на основе самой современной технологической базы будут получены необходимые тонкопленочные структуры и материалы углеродной фотоники – графеновые пленки и массивы углеродных нанотрубок.

Образование и переподготовка кадров:

  • Организованы длительные стажировки для специалистов лаборатории на базе Технологического университета г. Тампере (Финляндия), Университета г. Брест (Франция), Института общей физики имени А. М. Прохорова РАН, Университета г. Монс (Бельгия).

  • Защиты: 9 кандидатских диссертаций, 7 выпускных квалификационных работ магистра. Подготовлены к защите 3 кандидатские диссертации (с предполагаемым сроком защиты не позднее 2019 года).

  • На базе лаборатории действует регулярный (еженедельный) междисциплинарный семинар.

  • Подготовлено 5 учебно-методических пособий, используемых в образовательном процессе в Ульяновском государственном университете.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

Оборудование лаборатории частично включено в структуру центра коллективного пользования УлГУ – НИИАР. Кроме того, специалисты лаборатории являются создателями и основными специалистами созданных на базе УлГУ инженеринговых центров «ProfiLaser» и Центра молодежного инновационного творчества «Воплощение». В рамках работы этих центров активно используется оборудование лаборатории КЭиО НИТИ УлГУ.

Другие результаты:

Оборудование лаборатории активно используется в рамках исследовательской деятельности медико-биологического центра УлГУ.

Сотрудничество:

  • Технологический центр в г. Тампере (Финляндия): совместные исследования в области разработок неоднородных по длине световодов, разработка полностью волоконных лазерных систем обеспечивающих генерацию пикосекундных импульсов с пиковыми мощностями свыше 50 МВт, долгосрочные стажировки специалистов, более 20 совместных публикаций в ведущих журналах списка WoS

  • Университет г. Монс (Бельгия): совместные исследования в области разработок бриллюэновских лазеров, разработка полностью волоконных (бриллюэновских) лазеров с шириной линии генерации менее 1 кГц, разработка распределенного волоконного датчика температуры для нужд предприятий атомной энергетики с длиной чувствительного элемента (сенсора) с длиной свыше 50 км, свыше 30 совместных публикаций в ведущих журналах списка WoS и Sсopus

  • Институт общей физики РАН (Россия): совместные исследования в области разработки лазерных источников обеспечивающих генерацию импульсов с частотой следования импульсов свыше 100 ГГц, разработка волоконных лазеров обеспечивающих генерацию лазерного излучения на длинах волн 2-2,3 мкм, совместные работы в области применения лазеров в биологии и медицине, 10 совместных публикаций в ведущих журналах списка WoS и Sсopus

  • Научный центр волоконной оптики РАН (Россия): совместные исследования в области разработок неоднородных по длине световодов с варьируемыми дисперсией и площадью моды, свыше 10 совместных публикаций в ведущих журналах списка WoS и Sсopus

  • Институт радиотехники и электроники РАН, филиал в г. Ульяновске (Россия): совместные исследования в области плазмоники и нелинейной оптики; свыше 30 совместных публикаций в ведущих журналах списка WoS и Sсopus

  • Институт нано- и микроэлектроники РАН (Россия): совместные исследования в области углеродной фотоники ран, работы по созданию генераторов ТГц-излучения с лазерной накачкой на основе композитных материалов с включением УНТ

  • Университет г. Рурки (Индия): исследования и разработка новых оптических волокон для применения в современных лазерных системах, изготовлены (при поддержке специалистов Научного центра волоконной оптики РАН) первые партии ФК-световодов с изменяющейся по длине дисперсией, предложена модель генерации симиляритонных импульсов с шириной спектра свыше 20 нм и энергией свыше 1 мкДж при линейном значении скорости частотной модуляции

  • Университет г. Брест (Франция): разработка функциональных гетероструктур для контролируемых сенсоров и фотонных компонент, 5 публикаций в ведущих журналах списка WoS и Sсopus, запланированы длительные стажировки сотрудников Лаборатории

  • Научно-исследовательский институт атомных реакторов в г. Димитровград (Россия): совместные исследования в области оптимизации производства радиоизотопов, разработан распределенный волоконный датчик температуры и гамма/бета излучения с длиной чувствительного элемента свыше 1 км
Скрыть Показать полностью
Gumenyuk R., Okhotnikova E., Filippov V., Korobko D.A., Zolotovskii I.O., Guina M.
Fiber Lasers of Prof. Okhotnikov: Review of the Main Achievements and Breakthrough Technologies. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics 24(3): 0901914 (2018).
Kadochkin A.S., Moiseev S.G., Dadoenkova Y.S., Svetukhin V.V., Zolotovskii I.O.
Surface Plasmon Polariton Amplification in a Single-Walled Carbon Nanotube. Optics Express 25(22): 27165–27171 (2017).
Lobach I.A., Drobyshev R.V., Fotiadi A.A., Podivilov E.V., Kablukov S.I., Babin S.A.
Open-Cavity Fiber Laser with Distributed Feedback Based on Externally or Self-Induced Dynamic Gratings. Optics Letters 42(20): 4207–4210 (2017).
Korobko D.A., Fotiadi A.A., Zolotovskii I.O.
Mode-Locking Evolution in Ring Fiber Lasers with Tunable Repetition Rate. Optics Express 25(18): 21180–21190 (2017).
Rissanen J., Korobko D.A., Zolotovsky I.O., Melkumov M., Khopin V.F., Gumenyuk R.
Infiltrated Bunch of Solitons in Bi-doped Frequency-Shifted Feedback Fibre Laser Operated at 1450 nm. Scientific Reports 7: 44194 (2017).
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Современная гидродинамика

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической физики им. Л.Д. Ландау Российской академии наук

Физика

Черноголовка

Фалькович Григорий Евсеевич

Израиль, Россия

2019-2021

Лаборатория химической физики f-элементов

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова"

Физика

Москва

Квашнина Кристина Олеговна

Франция, Россия

2019-2021

Лаборатория анализа данных физики высоких энергий

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский государственный университет»

Физика

Томск

Цыбышев Дмитрий Евгеньевич

Россия

2018-2020