Как показал проведённый недавно библиометрический анализ исследований в области лазеров по объему и цитируемости выпущенных научных публикаций и ссылок на международное сотрудничество,  основной вклад российских учёных связан с волоконными лазерами, и лидером здесь является лаборатория волоконной оптики Института автоматики и электрометрии СО РАН, которая в этом году отмечает 10-летний юбилей.

«Наша лаборатория была создана в 2007 году для работы по интересной современной тематике — волоконной оптике. Тогда это направление было особенно актуально, сейчас уже понемногу начинается насыщение, переход в практическую фазу, но, тем не менее, научные задачи остаются и параллельно возникают новые направления, которые мы сейчас пытаемся развивать, — рассказывает заведующий лабораторией, член-корреспондент РАН Сергей Алексеевич Бабин. — Это фемтосекундные технологии, которые помогают по-новому подойти к созданию оптических устройств (в виде чипов), микрорезонаторы, становящиеся элементами для нелинейного преобразования света в разных диапазонах длин волн и позволяющие генерировать излучение в очень широком спектральном диапазоне».

Коллектив лаборатории
 

«Цитируемость работ означает их высокий приоритет и востребованность:  авторы других исследований ссылаются либо на первые результаты по теме, либо на те решения, которые они далее используют или развивают в своей работе.  Наиболее цитируемыми у нас являются работы по изучению волоконных лазеров со случайной распределённой обратной связью, которые были предложены в лаборатории. Такие лазеры максимально просты. Они представляют собой отрезок или катушку обычного пассивного световода, надо только завести туда излучение диода накачки. Необходимая для лазерной генерации обратная связь возникает из-за рассеяния излучения на естественных неоднородностях световода. Оказывается, эффективность преобразования в волокне некачественного излучения накачки в качественное лазерное излучение  может быть очень высока, практически 100 %,в отличие от других типов лазеров здесь нет дополнительных потерь, связанных с наличием оптических элементов», — отмечает Сергей Бабин. Эти исследования пока ещё находятся на фундаментальной стадии, но, как показывают заинтересованность общественности и вал научных статей по этой теме, они вот-вот выйдут в практическую плоскость. Лаборатория  волоконной оптики ИАиЭ СО РАН здесь кооперируется (и одновременно конкурирует) с группами из Великобритании и КНР, причём у китайских исследователей активно развивается практическая составляющая.

Другое важное направление, с которого началась международное признание достижений лаборатории, — так называемое турбулентное уширение спектра волоконных лазеров. Была проблема описать спектр волоконного лазера большой длины. Как на воде, где есть большие волны и мелкая рябь, и все они друг с другом взаимодействуют, так и со светом — при его распространении по длинному световоду генерируется очень много волн с разной частотой, и они создают хаос, описать который очень сложно. Эту проблему удалось решить с помощью кинетических уравнений, применяемых в гидродинамике. Модифицированная сотрудником лаборатории Евгением Владимировичем Подивиловым теория дала  простой ответ, который хорошо описывает эксперимент — ширина спектра растет как корень квадратный из произведения мощности лазера на его длину.

Изготовление волоконного объединителя 

«Другое достижение связано с тем, что мы научились использовать эффект, который все считали вредным — если энергия импульса очень большая, излучение начинает взаимодействовать с молекулами среды (в данном случае — стекла), раскачивать колебания в них, и эти колебания рассеивают свет на смещенной в «красную» область частоте. Раньше получившееся рассеянное излучение всеми воспринималось как шум, который забирал всю лишнюю энергию и не позволял  использовать её для увеличения энергии основного импульса. Мы сделали для этого рассеянного излучения резонатор и из шума получили когерентный импульс на новой частоте», — поясняет исследователь. Эти работы также хорошо цитируются. Пока они ведутся на фундаментальном уровне, но имеют и хорошие перспективы практического использования, в частности, в биомедицине. Например, для визуализации холестериновых бляшек в сосудах. «Здесь нужны два  пикосекундных импульса со строго заданной разностью частот, соответствующей колебаниям того вещества, которое мы хотим увидеть. Колебания резонансно раскачиваются и усиливают рассеяние света, и мы видим, где именно расположен холестерин. И здесь как раз очень удобно использовать генерацию импульсов  на нужной  частоте с помощью нашего способа генерации импульсов на основе  комбинационного рассеяния света», — говорит Сергей Бабин. В биомедицине применять лазеры начали довольно давно, но, как отмечает исследователь, пока ещё это происходит в достаточно «грубом» режиме, когда лазерный луч используется как хирургический скальпель. Есть более тонкие применения, связанные с оптической визуализацией, когерентной оптической томографией — и за ними будущее. Оптическая диагностика становится одним из основных инструментов в медицине.

Другое перспективное направление — оптическая связь, где тоже используются разные типы лазеров. Например, одна из высокоцитируемых работ лаборатории — демонстрация самого длинного в мире волоконного лазера, протяженность которого составляет 300 км. Его можно реализовать в обычной линии связи и использовать для усиления информационного сигнала (и тогда не потребуется ставить промежуточные оптические усилители в линию). Уже проведены первые пробные эксперименты с госкорпорацией «Ростелеком», есть и другие заинтересованные в этой технологии компании.

Развитие волоконно-оптического направления, которое в 2007 году только давало первые результаты, к сегодняшнему дню уже привело к созданию нескольких промышленных предприятий. Например, компания «Инверсия-Сенсор»  (Пермь),  производит волоконные сенсорные системы, где используются волоконные лазеры и  датчики, разработанные в ИАиЭ СО РАН. Компания «Инверсия-Файбер» (Новосибирск) специализируется на узкополосных одночастотных  волоконных лазерах, так называемых лазерах с регулярной распределённой обратной связью. Они очень компактные, стабильные и дают узкую линию генерации, широко используются в сенсорных системах для опроса датчиков, в связи, метрологии, в частности, в новых оптических стандартах частоты для системы ГЛОНАСС (лазерные стандарты гораздо более точные, чем, например, цезиевые). Также в стадию практических применений переходит научное направление, связанное с преобразованием излучения волоконного лазера из инфракрасного диапазона в видимый, в первую очередь, сине-зелёный,  — это открывает перспективы его использования в биомедицине: проточных цитометрах, ДНК-секвенаторах, рамановских спектрометрах.

волоконные лазеры со случайной распределенной обратной связью 

«Волоконные сенсоры сейчас активно внедряются в промышленность: нефте- и газопроводы, гидроэлектростанции , капитальное строительство, высотные здания, мосты, крыши стадионов, сложные элементы конструкций, где нужно следить, чтобы не произошло критических деформаций, сдвигов, вибраций, — отмечает Сергей Бабин. — Фактически волокно встроено в объект, например,  в фундамент или конструкцию здания, есть разъем, к которому подключается система опроса с лазером, и по показаниям рассеянного или отраженного света можно посмотреть, как изменилась температура, какая произошла деформация. Это направление уже  вышло на стадию массового промышленного производства волоконных систем мониторинга, в котором созданная сотрудниками лаборатории  компания «Инверсия-Сенсор»  является одним из лидеров в России и мире.

В стадии научно-технической проработки сейчас находится технология встраивания волоконных сенсоров в так называемые умные композитные материалы — например, авиационные материалы из углепластика. Они гораздо легче и прочнее, чем тот же алюминий, но есть риск трещин, которые необходимо вовремя обнаружить. В углепластик вместе с волокнами, являющимися элементами конструкции, встраивается оптическое волокно с датчиками, сформированными  в волокне  фемтосекундным излучением, благодаря чему всегда можно будет отследить поле деформации материала.

«Эти “умные” материалы сейчас активно развиваются в мире, и мы со своими технологиями как волоконных датчиков, так и лазеров, которые используются для записи датчиков и их опроса, участвуем в кооперации, где наша задача — сформулировать физические, фундаментальные законы. Затем организации, с которыми мы взаимодействуем — это в первую очередь ФГУП «ВИАМ» (Москва), «Инверсия-Сенсор» и Пермская научно-производственная приборостроительная компания, реализуют их в практических устройствах, — рассказывает Сергей Бабин. — Взаимодействие с предприятиями является одним из принципов, на которых лаборатория строилась. Формирование лаборатории началось еще до 2007 года, когда ресурсов практически не было, поэтому тогда мы выбрали такой способ — одновременно заниматься наукой и производством приборов, чтобы зарабатывать деньги для научных исследований. Но с 2007 года ситуация начала меняться, появились гранты, в несколько раз увеличилось бюджетное финансирование. В 2014 году лаборатория получила большой грант Российского научного фонда, который помог создать ресурсную базу для развития новых направлений. Теперь у нас есть возможность разделять науку и производство, ведь разделение труда — это двигатель прогресса. При этом я всегда делаю ставку на молодежь. У нас большой проток — люди приходят, потом защищаются  и  уходят — либо на предприятия-партнеры, либо в наши дружественные лаборатории (например, в Пермском политехническом университете и Новосибирском государственном университете уже есть две, сейчас формируется ещё две  с помощью наших же сотрудников). Мы выстраиваем взаимодействие с бизнесом, университетами, большое внимание уделяем международному сотрудничеству, выступаем с приглашенными докладами на ведущих международных конференциях и сами уже 10 лет проводим семинар, на который съезжаются ведущие разработчики волоконных лазеров. Это очень важно — всегда быть на передних рубежах и соревноваться с самыми лучшими, только тогда чего-то можно добиться. А если сидеть на одном месте, ты можешь быть первым в своем районе, но по сравнению с мировым уровнем всегда будешь проигрывать».

Диана Хомякова

Фото предоставлены Сергеем Бабиным

Источники

Сергей Бабин: «Важно всегда быть на передних рубежах»
Наука в Сибири (sbras.info), 29/05/2017

Похожие новости

  • 18/09/2018

    Директор ИАиЭ СО РАН Сергей Бабин принял участие в заседании научно-технического совета АУ «Технопарк – Мордовия»

    13-14 сентября в Саранске прошло VI заседание Научно-технического совета (НТС) АУ «Технопарк - Мордовия». Мероприятие было посвящено рассмотрению вопроса «Цифровая повестка в волоконной оптике». Ведущие российские учёные и специалисты в сфере научно-технической и инновационной деятельности обсудили завершение проекта по созданию Инжинирингового центра волоконной оптики, работа которого напрямую связана с задачей по построению цифровой экономики, поставленной Президентом России.
    256
  • 10/10/2017

    Статья учёных ИАиЭ СО РАН вошла в список самых цитируемых статей журнала «Journal of the Optical Society of America B»

    В 2007 году сотрудники Института автоматики и электрометрии СО РАН С.А. Бабин, Д.В. Чуркин, А.Е. Исмагулов, С.И. Каблуков и Е.В. Подивилов опубликовали статью «Four-wave-mixing-induced turbulent spectral broadening in a long Raman fiber laser», посвящённую турбулентному уширению спектра в волоконном лазере.
    610
  • 13/09/2018

    В Новосибирске прошел 8-й Российский семинар по волоконным лазерам

    В новосибирском Академгородке прошел 8-й Российский семинар по волоконным лазерам, на котором были представлены последние достижения в области волоконных лазеров и их применений. Ученые, работающие в ведущих зарубежных и российских исследовательских, технологических и образовательных центрах, обсудили вопросы, связанные с этим направлением исследований.
    364
  • 06/12/2018

    В ИАиЭ СО РАН продемонстрирован волоконный лазер нового типа

    В высокорейтинговом журнале Scientific Reports группы Nature вышла статья сотрудников лаборатории волоконной оптики Института автоматики и электрометрии СО РАН "2nd-order random lasing in a multimode LD-pumped graded-index fiber".
    269
  • 07/06/2017

    Институту автоматики и электрометрии СО РАН – 60 лет

    8 июня 2017 года в 10.00 в конференц-зале Института автоматики и электрометрии СО РАН состоится торжественное собрание, посвящённое 60-летнему юбилею. ИАиЭ СО РАН создан в 1957 году в числе первых десяти институтов Сибирского отделения АН СССР.
    2023
  • 06/09/2016

    В Новосибирске проходит VII Российский семинар по волоконным лазерам

    В новосибирском Академгородке 5 сентября начался VII Российский семинар с международным участием по волоконным лазерам. Семинар является научным форумом, имеющим целью представление последних достижений и обмен мнениями между русскоязычными учёными, работающими в области волоконных лазеров в ведущих зарубежных и российских исследовательских, технологических и образовательных центрах.
    1993
  • 21/11/2018

    Внедрение систем автоматизации: пресс-тур в ИАиЭ СО РАН

    ​22 ноября департамент промышленности, инноваций и предпринимательства мэрии Новосибирска совместно с пресс-центром ТАСС и Институтом автоматики и электрометрии СО РАН организует пресс-тур, посвященный внедрению систем автоматизации в городском хозяйстве и на крупных промышленных предприятиях.
    160
  • 14/05/2018

    Гениальный фантазер академик Будкер

    ​Столетний юбилей - традиционный предлог для воспоминаний и славословий. Впрочем, Андрей Михайлович (Герш Ицкович) Будкер не нуждался в таких поводах. Автор идеи встречных пучков, на которых работают ускорители всего мира, метода электронного охлаждения, классической открытой магнитной ловушки для удержания плазмы - это все о нем.
    497
  • 05/12/2018

    Автоматика для цехов и проспектов

    ​В Институте автоматики и электрометрии (ИАиЭ) СО РАН прошло совещание по вопросам внедрения разработок института в реальном секторе экономики. Организатором мероприятия выступил департамент промышленности, инноваций и предпринимательства мэрии Новосибирска.
    252
  • 22/07/2016

    Новосибирские и московские физики получили случайную генерацию в висмутовых волоконных световодах

    В журнале Scientific Reports группы Nature опубликована статья российских физиков. В ней впервые продемонстрирован случайный волоконный лазер на основе висмутового активного световода, имеющий уникальные выходные характеристики.
    1442