ФАКУЛЬТЕТ ФОТОНИКИ И ОПТОИНФОРМАТИКИ
НовостиУниверситет ИТМО
2019-07-09
Летняя школе по Фотонике и оптоинформатике Университета ИТМО открывает двери в большую науку.
  В Международном институте «Фотоники и оптоинформатики» Университета ИТМО с 17 по 19 июня проходила XVI Летняя школа по Фотонике и оптоинформатике (Summer Camp - 2019). На открытии школы выступил заслуженный деятель науки Российской Федерации, декан факультета Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО, д.ф.-м.н С.А. Козлов. Сергей Аркадьевич рассказал школьникам о последних достижениях науки в области фотоники, и в частности, международного института, которым он руководит. В ходе работы Летней школы опытные педагоги и учёные познакомили учащихся с новейшими исследованиями в области квантовой информатики, биомедицины, фемтосекундной оптики, а также с другими перспективными направлениями фотоники. Занятия проходили в формате лекций и мастер-классов в лабораториях Международного института «Фотоники и оптоинформатики». В работе школы приняли участие учащиеся ведущих лицеев не только г. Санкт-Петербурга, но и других городов России.
  На церемонии вручения сертификатов о прохождении практики с заключительным словом выступила Н.В. Андреева – бессменный руководитель Летней школы. Наталья Владимировна поздравила школьников с успешным началом научной карьеры и вручила памятные призы наиболее отличившимся «молодым учёным».
2019-07-01
Максим Мельник продемонстрировал лучшую защиту!
  26 июня 2019 г. Максим Мельник, выпускник кафедры Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО 2015 года, успешно защитил кандидатскую диссертацию на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук. Решение диссертационного совета было единогласным. Поздравляем Максима Мельника и его научного руководителя к.ф.-м.н., руководителя лаборатории «Фемтосекундной оптики и фемтотехнологий» Международного института «Фотоники и оптоинформатики» Университета ИТМО, Цыпкина Антона Николаевича!
  Название диссертации Максима Мельника: «Зависимость когерентных свойств фемтосекундных спектральных суперконтинуумов и формируемых из них последовательностей сверхкоротких импульсов от фазовой модуляции излучения».
 Официальный оппонент, д.ф.-м.н., профессор «Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова» В.П.Кандидов, особо отметил, что диссертационная работа М.Мельника «представляет собой глубокое исследование, выполненное на высоком научном уровне, несомненным достоинством которой является гармоничное сочетание экспериментальных, аналитических и численных исследований».
  Практическая ценность результатов работы М.Мельника состоит в том, что предложенный им метод анализа когерентных свойств фемтосекундных спектральных суперконтинуумов (ССК), на основе расчета их времени когерентности, позволяет определять наиболее значимые параметры источников излучения, используемых в таких областях как оптическая когерентная томография и системы сверхбыстрой передачи информации.
 Все результаты, представленные в диссертации, получены и выполнены лично автором или непосредственно при его участии.
 По материалам диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе 5 - в изданиях списка ВАК и международных баз цитирования Scopus и Web of Science.
Желаем Максиму Мельнику новых блестящих научных результатов и открытий!
2019-06-19
В Международном институте «Фотоники и оптоинформатики» Университета ИТМО закончила свою работу пятая Международная летняя школа по фотонике и оптоинформатике – «Summer Camp in Photonics – 2019».
  С 27 мая по 7 июня в Международном институте «Фотоники и оптоинформатики» Университета ИТМО проводилась ежегодная международная летняя школа для студентов «Summer Camp in Photonics». Традиционно в работе школы принимают участие студенты университетов разных стран. В этом году география участников школы значительно расширилась. Если в прошлом году это были, в основном, студенты из США (Университет Рочестера), то в этом году большая часть слушателей школы была из Индии (Indian Institute of Technology Roorkee). Также в работе школы приняли участие студенты из Финляндии (Tampere University of technology), Чехии (Czech Technical University in Prague), Ирана (Sharif University of technology) и России (Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники).
  Программа «Summer Camp in Photonics» рассчитана на две недели и состоит из трёх частей: теоретической практической и экскурсионной. Уникальность «Summer Camp» для иностранных студентов состоит в том, что участники получают возможность не только прослушать лекции ведущих учёных Университета ИТМО по научным темам в области фотоники, но и провести собственные научные эксперименты на самом современном оборудовании лабораторий Международного института «Фотоники и оптоинформатики». И, конечно, особенную привлекательность придаёт летней школе экскурсионная программа по одному из красивейших городов Европы – Санкт-Петербургу.
  Первая часть программы летней школы – это лекционный курс, где предусмотрен обзор самых значимых направлений исследований в области фотоники и последних достижениях ведущих учёных по этим направлениям. В этом году учёные и преподаватели Международного института «Фотоники и оптоинформатики» в рамках основных тематик своих лабораторий прочитали слушателям более десяти лекций по актуальным темам, среди которых:
  • Introduction in the field of quantum information and quantum calculation.
  • Quantum communications.
  • Single photon sources and detectors.
  • Security of QKD systems.
  • Review of Spatio-temporal holography
  • Application of femtosecond lasers in medicine and biology.
  • Introduction to Digital holographic microscopy and tomography.
  • Optical nonlinearities and ultrafast dynamics in media: experimental techniques. Z-scan method and pump-probe spectroscopy.
  • Introduction to the terahertz optics.
  • Application of terahertz optics for biomedical use, food and art-works testing and bio-like materials.
 
 Вторая часть программы летней школы – это практическая работа, где запланированы собственные научные исследования студентов по тематикам выбранных направлений с дальнейшей обработкой результатов и подготовкой отчётов. В соответствии с планом участники школы выбрали для себя направления исследований и под руководством научных сотрудников Международного института «Фотоники и оптоинформатики» провели ряд экспериментов. Количество предлагаемых тем было достаточно большое, и каждый слушатель смог выбрать себе наиболее интересное направление исследования. Для некоторых участников «Summer Camp» работа в лаборатории над реальными экспериментами, и, что особенно важно, на уникальном оборудовании, оказалась в новинку и стала, в прямом смысле, первым исследовательским опытом.
  В рамках третьей части программы летней школы, студенты знакомились с Санкт-Петербургом, его улицами, площадями и основными достопримечательностями, посетили музей Оптики Университета ИТМО, музей – заповедник «Петергоф». Гидами для слушателей летней школы уже традиционно были: Ирина Воронцова, студентка факультета Фотоники и оптоинформатики, сотрудница лаборатории «Фемтосекундной оптики и фемтотехнологий» Международного института «Фотоники и оптоинформатики» и Максим Мельник, аспирант факультета Фотоники и оптоинформатики, соруководитель «Summer Camp in Photonics».
  В последний день работы летней школы состоялась отчетная сессия, где все обучающиеся представили результаты своей работы, а также получили официальные сертификаты о прохождении курсов по оптике от Университета ИТМО, которые позволят им получить три зачетные единицы в своих родных вузах. В заключительном слове студенты выразили искреннюю благодарность за великолепную организацию «Summer Camp in Photonics» и необычайный восторг от красоты и великолепия Санкт-Петербурга.

  Корреспондент ITMO.NEWS, Дмитрий Лисовский взял интервью у участников «Summer Camp in Photonics – 2019».

Зузана Соудна

  Зузана Соудна (Soudná Zuzana), Czech Technical University in Prague.
  «Летнюю школу в Университете ИТМО я нашла совершенно случайно. Дело в том, что после краткого изучения плазмоники я хотела узнать больше о фотонике и оптике. Загуглила, где можно получить хороший базовый уровень, и довольно быстро нашла летнюю школу в петербургском вузе. Отправить заявку было несложно: я заполнила заявление, приложила информацию о себе, дождалась ответа и сделала визу.
  Несмотря на качественный теоретический модуль школы, больше всего мне понравилась самостоятельная работа над проектом. После короткого введения в дисциплину ты сразу получаешь возможность применить знания на практике, в моем случае проект был связан с созданием голограмм исторических культурных объектов. Мы фотографировали различные статуи, предоставленные партнерами университета, делали их 3D-модели и продолжали работать с ними. В долгосрочной перспективе эти технологии могут помочь сохранять важную информацию о культурном достоянии человечества, но мы только в начале пути. Поэтому работать было настолько интересно: когда ты на первой ступени исследования, тебе не на кого оориентироваться – приходиться самому расширять границы знания.
  Конечно, я была не одна — мне помогал куратор, сотрудник Университета ИТМО. Насколько я знаю, его научная группа продолжит работу над 3D-моделями после окончания летней школы. Мы планируем поддерживать связь — очень интересно узнать. к чему приведут исследования. Возможно, я и сама вернусь к ним в будущем».


Петер Кочиш
 
  Петер Кочиш (Kocsis Péter), аспирант в Tampere University of technology. 
 «На самом деле я из Хорватии, но в данный момент изучаю обработку изображений в финском университете. Сотрудники лаборатории, где я работаю, часто общаются со специалистами Университета ИТМО и посоветовали мне приехать, поучиться и укрепить уже существующие связи. Другая важная причина приехать именно сюда — это возможность поработать с цифровым микрозеркальным устройством. Полученные навыки я смогу применить в Финляндии – мы как раз заказали эту установку.
  Как человек, который занимался наукой в нескольких странах, я могу сказать, что мой опыт образования в России ничем не отличается от других стран. Главное, что люди знают, чем занимаются. Когда ты окружен такими специалистами, ты всегда получаешь важный опыт. По структуре летняя школа мне больше напомнила практико-ориентированную конференцию с большим количеством самостоятельной работы после встреч».


Йаганш Канеджа

 Йаганш Канеджа (Yagyaansh Khaneja), Indian Institute of Technology Roorkee.
  «В своей работе я исследовал эффективность генерации терагерцового излучения при лазерной филаментации в воде с различными показателями жесткости и кислотности. Дело в том, что терагерцовое излучение является очень перспективным, большое количество исследований ведется как в области его генерации, так и практического использования. Генерация такого излучения в жидкостях – пионерское исследование, во всем мире этим занимается всего несколько лабораторий, одна из которых находится здесь, в Университете ИТМО. В будущем терагерцовые технологии вполне можно будет применять в сфере охраны и медицины, однако для этого нужно еще много работать. В ходе персонального проекта летней школы я хотел посмотреть, как на генерацию терагерцового излучения влияют различные свойства воды. Для этого мы провели несколько экспериментов совместно с сотрудниками лаборатории фемтосекундной оптики и фемтотехнологий.
  В будущем я бы очень хотел поступить на магистратуру в Университет ИТМО и вернуться к своим исследованиям. Согласно моим наблюдениям, в России люди более привержены своей работе, чем в Индии. К сожалению, институт, в котором я обучаюсь на втором курсе бакалавриата, вряд ли поддержит официальный академический обмен с ИТМО, однако я уже планирую вернуться сюда во время зимних студенческих каникул».


Елена Сим

  Елена Сим, ТУСУР (Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники)
  «На протяжении шести лет я занималась оптическим материаловедением и кристаллами, однако в последнее время мне стала очень интересна оптика. Возможно, это случилось благодаря опыту преподавания физики в области медицины. После этой работы стало любопытно, как изучают взаимодействие излучения с биологическими системами.
  Про эти и многие другие темы нам очень доходчиво рассказали на летней школе. Преподавали тут в основном аспиранты, которые старались преподнести материал максимально доступно. Некоторые темы я повторила и освежила память, с другими познакомилась впервые – среди них терагерцовая биомедицина, фемтосекундная оптика и квантовая информатика. Общение с другими участниками школы также проходило без проблем — все-таки мы работаем в одной области и оперируем общей терминологией.
  В рамках индивидуального научного проекта второй недели я занималась численными моделированиями оптических параметров для исследования раковых тканей. Мне давали экспериментальные данные о тканях, а я знакомилась с теоретическими моделями и пробовала построить их в лаборатории. В дальнейшем эту работу продолжат аспиранты Университета ИТМО».
 
2019-06-06
Ученые Международного института Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО работают над получением альтернативного источника терагерцового излучения на основе жидкостей
  Полярные жидкости и, в частности, вода, являются сильными поглотителями электромагнитных волн в терагерцовом диапазоне. Поэтому долгое время они не рассматривалась в качестве хороших кандидатов в терагерцовые источники. Однако в прошлом году ученые Университета ИТМО в сотрудничестве с исследователями из Университета Рочестера описали физическую природу этого явления и показали, что жидкостные источники излучения могут быть не менее эффективны, чем традиционные. В новой работе сотрудники лаборатории Фемтосекундной оптики и фемтотехнологий Международного института Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО исследовали генерацию терагерцового излучения в струях различных жидкостей. В перспективе эти результаты могут быть применены для создания нового альтернативного источника терагерцового излучения. Исследование опубликовано в журнале Optics Express.
 
  Терагерцовые технологии: спектроскопия, безопасность, биомедицина и неразрушающая диагностика.
 Терагерцовое излучение — вид электромагнитного излучения, спектр частот которого расположен между инфракрасным диапазоном и радиодиапазоном. Оно хорошо проходит через множество материалов. Например, дерево, пластик, керамика для него являются прозрачными.
  Эти особенности открывают широкий спектр для практического применения терагерцовых источников. Например, ТГц излучение может использоваться в системах безопасности для сканирования багажа — с его помощью можно обнаружить спрятанные под одеждой металлические, пластиковые и другие предметы.
  Кроме того, в отличие от рентгеновского излучения, терагерцовое безопасно для организма человека. Поэтому большую сферу применения «терагерцы» могут найти, прежде всего, в медицине, а также в биомедицинских исследованиях. Например, методы ТГц-спектроскопии и визуализации широко применяются в ТГц-биофотонике. Такие разработки позволяют визуализировать компоненты тканей: клетки, микрофибриллы и даже клеточные органеллы (подробнее о методах диагностики и визуализации на основе излучения терагерцового диапазона можно почитать в интервью Ольги Смолянской, руководителя лаборатории Фемтомедицины Международного института Фотоники и оптоинформатики).
 
  Источники терагерцового излучения.

  Благодаря широкой сфере применения большинство современных научных работ в области терагерцового излучения направлено на поиск новых, более стабильных, мощных и эффективных источников.
  Сейчас эталоном и самыми распространенными источниками терагерцового излучения служат твердотельные материалы. Хотя существуют также источники на основе лазерной фемтосекундной филаментации в воздухе и газах. Мощный лазерный пучок создает в газовой среде плазму, где происходит ионизация среды, ведущая к генерации электромагнитного терагерцового излучения.

Визуализация модели возможной физики генерации терагерцового излучения. Лазерное возбуждение среды приводит к её ионизации, разделению носителей тока и наведению диполя, являющегося источником терагерцовых волн.

  Раньше считалось, что сделать то же самое в жидкой среде нельзя. Полярные жидкости (прежде всего вода) являются сильными поглотителями электромагнитных волн в терагерцовом диапазоне, поэтому исторически такие жидкости не рассматривались в качестве хороших кандидатов в терагерцовые источники.
 
  Совместное исследование ученых Университета ИТМО и исследователей из Университета Рочестера.

В 2018 году международная группа исследователей из Международного института Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО и Института Оптики Университета Рочестера показала, что жидкостные источники излучения могут быть не менее эффективны, чем традиционные, а также предложила аналитическую модель, описывающую природу этого явления. Кроме того, исследователи показали, что жидкость обладает и рядом преимуществ перед другими источниками, например, газами.
  Также в этой работе ученые исследовали, как направлено терагерцовое излучение, получаемое в жидкости. В результате они составили и физически обосновали диаграммы направленности терагерцового излучения в жидкости, а также зависимость направления от угла, под которым излучение накачки падает на жидкую струю.
 
  Какие преимущества имеют жидкости по сравнению с газами и твердотельными источниками.

  Принято считать, что при филаментации лазерного излучения в газовой среде, эффективность генерации терагерцового излучения определяется плотностью свободных электронов. Количество свободных электронов одной молекулы зависит от энергии ионизации: энергии, необходимой для отрыва электрона с внешней орбиты. Плотность молекул в жидкости гораздо выше, чем в газе, за счет чего сопоставимая энергия накачки позволяет сгенерировать гораздо больше электронов, что приводит к усилению терагерцового излучения. Разница необходимых энергий ионизации накачки в газе и жидкости невелика. Но при этом плотность молекул в жидкости гораздо выше, чем в газе. За счет этого сопоставимая энергия накачки позволяет возбудить гораздо больше электронов и сделать излучение сильней.


Терагерцовый лазер

  По сравнению с твердотельными источниками жидкости имеют ряд преимуществ. Во-первых, они выдерживают большую энергию накачки, что позволяет получить более высокую энергию на выходе. Помимо этого, они более доступны и дешевы.
 
  Что показало новое исследование

Главной задачей ученых остается работа над тем, чтобы решить проблему большого поглощения. Для решения этой задачи в новом исследовании физики из лаборатории Фемтосекундной оптики и фемтотехнологий проводили эксперименты с целью определить оптимальные типы жидкости, толщину струи, мощность излучения накачки, а также ряд других параметров.
  В статье, опубликованной в журнале Optics Express, ученые исследовали эффективность генерации терагерцового излучения в струях жидкости при одноцветной накачке. В работе использовались несколько видов жидкости: вода, этанол, тяжелая вода и ацетон. Такой набор обусловлен тем, что интересующие исследователей параметры у этих жидкостей различаются.
  «В этой работе мы предлагаем комплексный подход: в исследовании есть как экспериментальная часть, так и теоретическая апробация. Мы провели исследование различных жидкостей, а также многих параметров, как лазерного излучения накачки, так и самой среды генерации, — комментирует Евгения Пономарёва, соавтор статьи, студентка 4-го курса факультета Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО, сотрудник лаборатории Фемтосекундной оптики и фемтотехнологий. — В частности, мы проанализировали жидкости с разными параметрами энергии ионизации, плотности, поглощения в терагерцовом диапазоне. По итогам исследования было выявлено, что учет всех параметров важен для повышения эффективности генерации. Эксперимент также подтвердил, что в сравнении с водой ацетон дает большую эффективность на выходе. Даже при первом приближении такой анализ позволяет оценить потенциал использования определенной жидкости для этих целей».

Евгения Пономарёва
  Кроме того, исследователи продемонстрировали в работе, как параметры среды, в числе которых молекулярная плотность, энергия ионизации и линейное поглощение, влияют на эффективность генерации терагерцового излучения в жидкости. Экспериментальные измерения показали, что зависимость энергии терагерцового излучения от энергии импульса накачки имеет квазиквадратичный характер. На практике это показывает более резкий рост терагерцового выхода с увеличением накачки, объясняет Евгения Пономарёва. В дальнейшем ученые намерены продолжить исследования и теоретически обосновать этот аспект.
  Также в работе была теоретически предсказана и экспериментально подтверждена оптимальная длительность импульса накачки, зависящая от толщины струи. Полученная эффективность преобразования энергии оптического излучения в терагерцовую сопоставима с величинами, достигаемыми при лазерной филаментации в газовых средах.
 
  Перспективы

  В перспективе эти результаты могут быть успешно применены для создания нового альтернативного источника терагерцового излучения. В дальнейших работах исследователи планируют исследовать большой набор различных жидкостей — как полярных, так и неполярных. Закупка необходимых материалов уже идет. В итоге учёные намерены составить целую базу жидкостей, благодаря которой будет понятно, какие из них имеют потенциал для дальнейшего использования.
  Кроме того, в ближайшее время ученые продолжат экспериментально исследовать генерацию терагерцового излучения в различных жидкостях, в том числе в условиях двойной накачки, а также исследовать различные параметры лазерного излучения и продолжать разрабатывать теоретические модели.
  В начале  2019 года научная группа лаборатории Фемтосекундной оптики и фемтотехнологий выиграла грант Российского научного фонда (РНФ), рассчитанный на три года. К этому времени авторы проекта планируют собрать установку, которая должна показать хорошую эффективность преобразования оптического излучения в терагерцовое, сравнимую с двухцветной филаментацией в газах. Это исследование продолжится и после завершения трехлетнего срока, так как учёные видят значительные перспективы в развитии этого направления.
  «Жидкость — это универсальный и экономичный источник. У нее нет порога разрушения, как, например, в кристалле, поэтому в будущем это может стать повсеместным источником использования терагерцового излучения, — комментирует Евгения Пономарёва. — Сейчас нам важно понимать, как мы можем менять параметры самого лазерного излучения. Мы также ведем работу по изменению длины волны. Есть теоретические предположения о том, что, если мы будем сдвигаться в инфракрасную область, то эффективность преобразования оптического излучения в терагерцовое будет в разы больше. Поэтому наш проект направлен не только на изучение самих жидкостей и их свойств. Цель проекта в том, чтобы всесторонне изучить физику процессов и определить оптимальные параметры источника терагерцового излучения на основе жидкости, обеспечивающие повышения его эффективности».
 
2019-05-29
В Международном институте Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО впервые в мире измерили нелинейности в терагерцовом диапазоне частот.
  Ученые лаборатории Фемтосекундной оптики и фемтотехнологий Международного института Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО впервые в мире смогли напрямую измерить нелинейный показатель преломления вещества в терагерцовом диапазоне. Результаты экспериментов сопоставили с ранее проведенными теоретическими расчетами, чтобы подтвердить наличие нелинейных эффектов. Данные, полученные таким способом, можно использовать для управления светом, а также в фундаментальных и биомедицинских исследованиях. Результаты опубликованы в апрельском номере  Optics Express.
  За последние 40 лет терагерцовое изучение нашло широкое применение для систем контроля качества и обеспечения безопасности, определения веществ, а также для различных биомедицинских исследований. Но высокомощные источники излучения в этом диапазоне появились не так давно. При этом мощное излучение изменяет показатель преломления среды и влияет на то, как она пропускает излучение других диапазонов. Исследователи называют такие эффекты нелинейностями и изучают их, чтобы создавать устройства для управления светом.
  Ученые лаборатории Фемтосекундной оптики и фемтотехнологий Международного института Фотоники и оптоинформатики впервые в мире смогли напрямую измерить нелинейный показатель преломления вещества в терагерцовом диапазоне. Для этого они адаптировали ранее известный метод Z-сканирования. С его помощью ученые получили экспериментальные данные о том, как высокомощное излучение изменяет показатель преломления исследуемого образца. Затем провели численное моделирование эксперимента и сравнили результаты: они оказались схожими.
Мария Жукова
  «Мы впервые смогли достоверно убедиться, что терагерцовое излучение вызывает сильную нелинейность в среде. Пока мы провели измерения только для воды, но планируем расширить диапазон сред, в которых будем проводить экспериментальные и теоретические исследования такого рода. Полученные данные пригодятся при создании устройств управления светом, а также в фундаментальных и биомедицинских исследованиях», – комментирует Мария Жукова, аспирант 3-го года обучения факультета Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО, сотрудник Лаборатории Фемтосекундной оптики и фемтотехнологий.


Максим Мельник
  «Наша лаборатория давно занимается разработкой высокоэффективных источников излучения терагерцового диапазона, и мы уже добились в этом определенных успехов. Но прежде чем углубляться в физику излучения, мы решили описать нелинейности, которые оно вызывает. Тем более, что экспериментальная база с редким и дорогостоящим оборудованием лаборатории Фемтосекундной оптики и фемтотехнологий это позволяет. Мы смогли подобрать и адаптировать метод измерения нелинейности, чтобы максимально эффективно его использовать»,
– добавляет коллега Марии Максим Мельник, аспирант 4-го года обучения факультета Фотоники и оптоинформатики.
Статья: High Kerr nonlinearity of water in THz spectral range. Anton Tcypkin, Maksim Melnik, Maria Zhukova et al. Optics Express. April 1, 2019
 
 

ITMO.NEWS, Анастасия Комарова
Предыдущая    1    2    3    4    5    6    7    Следующая
Design by Anton Alfimov         Powered by MagicTeam