Естествознание

Фотоника становится точнее: учёные МГУ готовы ко внедрениям

Фотонные технологии

Как нам рассказали в пресс-службе Московского университета (МГУ им. М.В. Ломоносова), группа учёных физического факультета совершила новый прорыв в области фотоники. Это стало очередной вехой в развитии частотных оптических гребёнок.

В практическом плане, теперь приборы спектроскопии и оптические генераторы будут точнее. Учёные сделали математическую модель, позволяющую понять и предсказать новые эффекты в оптических резонаторах, связанные с рождением в оптических гребенках единичных волн – солитонов.

«Это не изобретение, разработка, хотя патент на неё есть», – пояснил для читателей «Э-Вести» профессор Михаил Леонидович Городецкий. Мы попросили учёного поделиться информацией о том, что на сегодняшний день происходит в нашей стране и в мире с фотонными технологиями и направлениями фундаментальных исследований.

ЭВ: Михаил Леонидович, Вы сейчас в высокоточной лазерной спектроскопии концентрируетесь на частотных оптических гребёнках ?

Профессор физического факультета МГУ Михаил Городецкий
Профессор физического факультета МГУ Михаил Городецкий

Городецкий М.Л.: В 2005 году за оптические гребёнки Джону Холлу и Теодору Хеншу дали Нобелевскую премию. Эти гребёнки очень хороши для разных сверхточных измерений, стандартов частоты для разных рациональных лабораторий, но требуют очень громоздкого и большого оборудования. Поэтому они неприменимы в приборах или для бытовых вещей. Скажем, для запуска в космос.

Мы со швейцарскими коллегами были первыми, кто продемонстрировал, что гребёнки в резонаторах можно сделать маленькими, компактными и энергоэффективными. Теперь для них открываются новые перспективы, поэтому очень многие группы в мире стали этим заниматься. Сейчас идёт гонка за то, чтобы их улучшить.

ЭВ: Правильно ли я понимаю, что своими разработками по фотонике сегодня сильны США, Китай и Евросоюз? Каковы научные позиции России в этом вопросе?

Городецкий М.Л.: Я не могу сказать, что Россия находится в таких разработках на передовом, опережающем месте, если под фотоникой понимать просто обработку информации с помощью света, с помощью фотонов, а не с помощью электронов… Имеются в виду приборы, которые используются для приема сигналов, обработки, вычислений, с помощью фотонов.

В принципе, оптические технологии в России всегда развивались. Но они точно так же успешно развиваются и во всём мире: и в Европе, и в США, и в Китае, и в Японии. Поэтому каких-то резких отличий в уровне развития разных стран я не вижу. Конечно, в каждой стране есть ведущие лаборатории. Наверное, в России с оборудованием дело обстоит похуже, у нас меньше, чем в США, крупных лабораторий. Но все учёные выступают на конференциях, пишут статьи.

 

ЭВ: Каковы сегодня насущные вопросы фотоники? Я так понимаю, что создание чипа минимальных размеров является одним из них и вы плотно этим занимаетесь?

Городецкий М.Л.: Нельзя сказать, что мы плотно этим занимаемся. Надо сказать, что в интегральной фотонике (оптике) Россия очень сильно отстает от других стран. Речь идёт о создании оптических волноводов, оптических резонаторов, детекторов на одной подложке, одном чипе. Это отставание «бьёт» и по нам, по нашей группе.

Для того чтобы это основание ликвидировать, требуются крупные вложения в создание «чистых комнат». Чистые комнаты – это большие помещения, в которых создаются условия с малым количеством частиц воздуха, грубо говоря, пыли. В них должно быть размещено дорогостоящее оборудование, которое работает с пластинами кремния или других материалов, напыляется, полируется, протравливается, на него наносятся рисунки и т.д.

В некоторых местах появляются чистые комнаты, я знаю про такую в Бауманском институте в Москве, центр группы под руководством Жореса Алферова в Петербурге. Но, к сожалению, этого не достаточно, если даже в университете ничего такого нет.

Некоторые группы пытаются купить приборы и сделать что-то такое в маленькой комнате, но это не то, потому что должно быть большое оборудование и соответствующий штат людей.

Что касается нашей лаборатории, то мы тесно сотрудничаем со швейцарскими коллегами из Федеральной политехнической школы Лозанны (фр. École polytechnique fédérale de Lausanne). Это большой центр микро- и нанотехнологий. Те оптические интегральные микрорезонаторы, которые мы используем, сделаны на базе этого центра.

 

ЭВ: У нас множество малых предприятий, которые выпускают фотонную продукцию. Что это за продукция?

Городецкий М.Л.: Трудно сказать. Сейчас фотоника получила поддержку на уровне правительства, мы были включены в программу и те, кто раньше занимались просто оптикой, теперь говорят «фотоника». Предприятия выпускали: полупроводниковый лазер, фотопротекторы полупроводниковые, модуляторы, фотоприемники, и сегодня эту обычную продукцию переквалифицировали в фотонику.

В этом нет ничего плохого, ведь фотоника – это и есть дальнейшее развитие оптики. Это дало возможность «проталкивать» свои идеи, получать финансирование. Появляются новые стандарты, новые интересные разработки.

 

ЭВ: Сейчас идёт в основном фундаментальная стадия развития фотоники, на примере Ваших разработок, или всё уже близко к производству?

Городецкий М.Л.: В плане оптических гребёнок, интервал между фундаментальными исследованиями и прикладными очень короткий. В последний год появилось несколько публикаций, мы участвовали в некоторых из них прямо или косвенно через швейцарских коллег.

Оказалось, что с помощью оптических гребенок можно мгновенно определять объект. Немецкие коллеги продемонстрировали, что можно определить профиль пули в полете. Швейцарские коллеги работают над проектом создания оптического синтезатора на чипе. То есть, вы задаете с точностью до 13 знака частоту, которую Вы хотите получить, и лазер генерирует такую частоту. Это будет революция в экспериментальной физике и её применении. Очень стабильные и нужные генераторы.

ЭВ: Ваши разработки в перспективе способны снизить себестоимость. Наверное, ими интересуется бизнес?

Городецкий М.Л.: Да, есть бизнес, заинтересованный в прикладных исследованиях, в стабильных генераторах, стабильных лазерах. Мы сотрудничаем с компанией Самсунг (они интересуются спектроскопией) и другими предприятиями. Нельзя сказать, чтобы мы были оторваны от предпринимателей. В России, в принципе, возможно найти финансирование, если есть хорошие приоритетные разработки.

Мы сейчас пытаемся продвинуть наши работы по созданию компактных лазеров на стабилизированных резонаторах. Спрос на такие лазеры довольно большой. Это сенсоры, датчики, спектроскопия.

ЭВ: Что будет финальной точкой этих исследований?

Городецкий М.Л.: Финальной точки нет, есть разветвления, разные направления. Оказалось, что оптические гребенки могут иметь очень много применений и по ним двигаться. Мы пытаемся двигаться в областях спектроскопии и создания стабильных лазеров. Нужно пытаться найти людей, которых это интересует, и довести это до коммерческого применения.