ФАКУЛЬТЕТ ФОТОНИКИ И ОПТОИНФОРМАТИКИ
НовостиУниверситет ИТМО
2019-07-19
Терагерцы для живописи: как исследования ученых из России и Франции помогают восстанавливать предметы искусства

Николай Петров, Жан-Поль Гийе, Ольга Смолянская

 
  Терагерцовое излучение — вид электромагнитного излучения, спектр частот которого расположен между инфракрасным диапазоном и радиодиапазоном. Оно хорошо проходит через множество материалов и, более того, безопасно для человека, что открывает целый спектр возможных применений этой технологии. Активно работают в этом направлении ученые Университета ИТМО. Например, в сотрудничестве с коллегами из Франции они занимаются разработкой импульсного терагерцового спектрометра, который поможет в анализе и реставрации предметов искусства. Подробнее о проекте, а также о том, как именно терагерцы позволяют анализировать живописные полотна, — в нашем материале.
 
Биомедицина, контроль качества продуктов и не только: над какими исследованиями работают ученые Университета ИТМО
  В Университете ИТМО создают методы и приборы на основе терагерцового излучения для биомедицинской диагностики, контроля качества продуктов питания и исследования арт-объектов. В частности, такими исследованиями занимаются сотрудники Международного института Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО, созданного в 2013 году в рамках программы «5 – 100» Министерства науки и образования РФ. В его состав входит несколько международных лабораторий, в том числе лаборатория Цифровой и изобразительной голографии и лаборатория Фемтосекундной оптики и фемтотехнологий, где также работает научная группа по фемтомедицине под руководством Ольги Смолянской, доцента факультета Фотоники и оптоинформатики. Как отмечает исследователь, сейчас группа сотрудничает с широким спектром научных центров и организаций. Среди них ФГБУ «НМИЦ им. В. А. Алмазова» Минздрава России, Национальный медицинский исследовательский центр онкологии имени Н.Н. Петрова, Научный центр «Биотехнологии третьего тысячелетия», с которым осуществляются совместные проекты по контролю качества пищевых продуктов, а также Санкт-Петербургский государственный институт культуры.
  Кроме того, научная группа работает и с ведущими терагерцовыми лабораториями России. В 2017 году исследователи выиграли грант РФФИ, в рамках которого ведется сотрудничество с терагерцовыми лабораториями МГУ, ТГУ и Нижегородского ИФМ (№ 17-00-00275). Руководит работой, которая посвящена детектированию информативных признаков социально значимых заболеваний с помощью терагерцового излучения, один из ведущих российский специалистов в области терагерцовых технологий Александр Шкуринов.

Ольга Смолянская
 
  Как объясняет Ольга Смолянская, широкополосное терагерцовое излучение, прошедшее или отраженное от объекта, несет большой объем информации как о внутренней структуре, так и о его спектральных свойствах, благодаря наличию спектральных линий молекул, входящих в состав объектов (например, биологические ткани, пищевые продукты, лакокрасочные покрытия живописных полотен) и их компонентов. Кроме того, анализ таких объектов и их компонентов терагерцовым излучением является идеальной неконтактной, неионизирующей, безопасной технологией неразрушающего контроля.
  Основное конкурентное преимущество разрабатываемых методик терагерцового анализа — это возможность за однократное сканирование произвести полный цикл исследований, включающий в себя определение спектральных свойств материалов, дающее возможность качественного или количественного детектирования потенциально опасных компонентов, и томографическую визуализацию локализации нежелательных объектов.
  «Использование терагерцового излучения для определения параметров безопасности объектов позволяет снизить продолжительность анализа и при этом снизить затраты на проведение испытаний. Предлагаемые технологии позволят в десятки и сотни раз увеличить количество анализируемых образцов пищевой продукции, обеспечить потоковый неразрушающий контроль упаковочной единицы промышленной упаковки (без вскрытия упаковки). Это может применяться на производстве, таможенном контроле, при дефектоскопии картин живописи, а также при проведении лабораторной диагностики социально значимых заболеваний», — говорит Ольга Смолянская.
   
   Международная коллаборация

  Уже несколько лет ученые Университета ИТМО работают со специалистами IMS лаборатории, которая располагается в городе Бордо (Франция). Сотрудничество началось в 2016 году после участия в 41-й конференции по терагерцовым, инфракрасным и миллиметровым волнам (IRMMW-THz 2016), которая проходила в Копенгагене (Дания).
  Первая совместная научная работа российских и французских ученых была посвящена исследованию оптических свойств in vitro плазмы крови лабораторных животных с развивающейся карциномой Эрлиха в терагерцовом диапазоне частот. По итогам исследований ученые разработали пакет прикладных программ, позволяющий численно моделировать фантомы биологических образцов сложной структуры, а также решать задачу расчета параметров отраженной от этих фантомов электромагнитной волны терагерцового диапазона частот. Однако с тех пор в процессе развития сотрудничества между двумя лабораториями исследователи существенно расширили круг совместных научных интересов.
  «Сейчас я могу с уверенностью сказать, что терагерцовые технологии находятся на пике своей популярности и наша научная группа выходит на новый, международный уровень работы. Так, в 2018 году я выиграла российско-французский грант, поддержанный фондом РФФИ и CNRS (№ 18-51-16002), и наши французские коллеги помогают нам сформировать более широкие перспективы научных исследований в области терагерцовых технологий», — рассказывает Ольга Смолянская.

Группа учёных-разработчиков импульсного терагерцового спектрометра и специалисты Российской академии художеств им. И.Е.Репина

  В рамках совместного гранта от РФФИ и правительства Франции Университет ИТМО вместе с Университетом Бордо планирует собрать базу данных электродинамических характеристик компонентов биоподобных объектов, разработать прототипы портативных ТГц устройств для диагностики реальных объектов, а также разработать для них программное обеспечение.
  В лаборатории Фемтомедицины Университета ИТМО ученые совместно с коллегами из IMS Лаборатории Университета Бордо во Франции работают над созданием терагерцовых устройств и систем дефектоскопии живописи. В исследовании также заинтересованы сотрудники Эрмитажа, Русского Музея, Российской Академии художеств им. И.Е. Репина и Института культуры в Санкт-Петербурге.
  «Сотрудничество с Университетом ИТМО очень интересно, потому что наши команды уже много лет работают в области терагерцовых технологий и имеютвзаимодополняющие подходы и специализации. Это позволяет нам эффективно работать совместно, например, проводя измерения в лаборатории, оснащенной оборудованием, адаптированным к образцам, — комментирует Жан-Поль Гийе, доцент лаборатории IMS Университета Бордо. — После совместной работы наших университетов в области биомедицинских областей, методов визуализации и голографии теперь мы можем сосредоточиться на приложениях для применения этих технологий для сохранения предметов искусства. Мы показали, что можно проанализировать картину, изучив все её слои, а также обнаружить структурные дефекты, которые необходимо будет исправить в ходе реставрационных работ».

Жан-Поль Гийе
   
  По словам Татьяны Шлыковой, доцента кафедры реставрации и экспертизы объектов культуры СпбГИК, специалисты в области сохранения объектов культурного наследия — реставраторы — видят преимущества применения терагерцового излучения в работе с объектами прежде всего в том, что это дает возможности диагностики и экспертизы объектов, зачастую недоступные другим методам исследования.
  «Хорошо известно, что специалист не вправе приступить к реставрации объекта, не проведя предварительно всесторонних исследований — их данные во многом определяют программу реставрации. Терагерцовое излучение позволяет "увидеть" перекрывающие друг друга слои, что, в свою очередь, помогает выявить скрытые надписи, авторскую поверхность под позднейшими реставрационными записями, загрязнениями, наслоениями различного характера. Все это важно в реставрации и исследовании как живописи, так и памятников декоративно-прикладного искусства», — комментирует эксперт.
  Терагерцовые датчики, благодаря которым специалисты могут исследовать полотна, основаны на различных технологических платформах, рассказывает Дон Арнон, директор компании TeraView ltd. (Cambridge, UK). В настоящее время технология, наиболее полезная для анализа художественных работ, основана на использовании легкодоступных («готовых») лазеров видимого диапазона в сочетании с полупроводниковой технологией. Этот метод также позволяет создавать трехмерные изображения, которые можно использовать для изучения различных слоев картины.

 Анализ скрытых слоёв картины с помощью терагерцового излучения

  Преимущество терагерцовых технологий над другими методами
  По словам Жана-Поля Гийе, метод анализа живописных полотен, основанный на использовании терагерцового излучения, существенно превосходит традиционно использующиеся сегодня методы анализа по ряду параметров.
  Так, многие традиционные методы, которые годами использовались для анализа предметов искусства и определениях их подлинности, предполагают удаление фрагмента картины или химический анализ, разрушающий часть полотна. Использование терагерцовых технологий исключает повреждение картины.
  Кроме того, в отличие от ультразвукового исследования, при котором используются датчики, касающиеся картины, в процессе анализа с использованием терагерцовых технологий контакт с полотном полностью исключен. Это также помогает избежать повреждения предмета искусства.
  И наконец, терагерцовые технологии безопасны. За счет использования очень низких уровней мощности удается избегать нагрева поверхности полотна. Также, в отличие от рентгеновского излучения, которое использует ионизирующее излучение, ТГц излучение безопасно для человека.
 
  Елена Меньшикова, редакция ITMO.NEWS
 
2019-07-11
День открытых дверей образовательных программ факультета Фотоники и оптоинформатики.

  Уважаемые абитуриенты и родители, приглашаем вас на День открытых дверей образовательных программ факультета Фотоники и оптоинформатики. Приглашаем всех, кому интересны: физика, информатика, квантовые коммуникации, квантовая криптография, фемтосекундная оптика, цифровая голография.
  Бакалавриат
программа - «Фотоника и оптоинформатика»
  Магистратура
программа - «Квантовые коммуникации и фемтотехнологии»
 
 
День открытых дверей состоится 17 июля и будет проходить с 17-00 до 19-00 по адресу: В.О., Кадетская линия д.3, к.2.
 
  • Опытные преподаватели доступным языком расскажут о таких «сложных» понятиях, как: «Фотоника», «Оптоинформатика», «Квантовые коммуникации», и «Фемтотехнологии».
  • Вас ждёт увлекательный рассказ о наших образовательных программах, и конечно, Вы получите подробные ответы на все вопросы.
  • Молодые учёные покажут лаборатории Международного института «Фотоники и оптоинформатики», в которых обучаются и делают открытия наши студенты.
  • Вы получите самую актуальную информацию о том, как поступить в Университет ИТМО на наши образовательные программы.

Контакты
Андреева Наталья Владимировна: +7-911-975-58-48
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».
 
Предыдущая    1    2    3    4    5    6    7    8    Следующая
Design by Anton Alfimov         Powered by MagicTeam