Квантовая и оптическая электроника

Многие научные открытия в физике, астрономии, космологии, биологии, медицине сделаны благодаря оптическим приборам. С их помощью решаются задачи автоматического слежения и управления, повышения точности и быстродействия современных технических комплексов. Это направление будет интересно абитуриентам, связавшим свою деятелость с физикой, математикой, электротехникой, а также тем, кто хочет понимать фундаментальные принципы, лежащие в основе электроники, оптики и процессов на квантовых уровнях.

Квантовая и оптическая электроника включает в себя множество направлений: оптико-электронные системы, лазерные системы, фотоэлектроника и космические системы. Оптико-электронные спектральные приборы для исследования биологических жидкостей и мониторинга процедур экстракорпоральной детоксикации находятся на стыке оптики, электроники и медицинской техники. В рамках «лазерного» направления активно ведутся работы по созданию методик лазерной очистки памятников, лазерного 3D-сканирования. Большое внимание уделяется разработке лидарных лазерных систем, используемых для дистанционного контроля параметров окружающей среды и экологического мониторинга.

Важнейшими научно-образовательными направлениями, которые охватывает программа, являются:

Лазерные системы и лазерные технологии

Основным промышленным партнером для этого направления выступает ОАО НПК «Северная заря». На этом предприятии широко используются лазерные технологии для резки, сварки, гравировки и других технологических операций, необходимых для изготовления изделий военного и промышленного назначения. Лазерные цеха «Северной зари» оснащены мощными современным лазерными системами на основе твердотельных и волоконных лазеров различного типа. В рамках магистерской программы «Квантовая и оптическая электроника» курсы, связанные с лазерными технологиями, проводятся специалистами этого предприятия-партнера. Практики и часть лабораторных занятий студенты проходят непосредственно в НПК «Северная заря», получая опыт работы с лазерным оборудованием промышленного типа. Магистранты имеют возможность трудоустройства на предприятии, как во время прохождения обучения, так и после окончания университета.

Также в рамках «лазерного» направления активно ведутся работы по создание методик лазерной очистки памятников из камня и металлов, бумаги и других органических материалов и монументальной живописи, созданию электронных паспортов памятников и предметов музейных коллекций с помощью технологии лазерного 3D-сканирования и физических копий памятников.

Большое внимание уделяется разработке лидарных лазерных систем, используемых для дистанционного контроля параметров окружающей среды с целью определения наличия загрязнений (нефтяных пленок, биологических и химических реагентов), определения состояния биоресурсов и экологического мониторинга.

Студенты имеют возможность принять участие в разработке лазерных сканирующих систем и программного обеспечения для бесконтактного оцифровывания реальных объектов сложной формы. Также научные исследования направлены на разработку систем виртуальной реальности, включая VR-шлемы, тактильные перчатки и лазерные системы позиционирования.

Кроме ОАО НПК «Северная заря», магистранты получают возможность прохождения практик и трудоустройства на других предприятиях-партнерах, специализирующихся на создании и применении лазерных технологий: НПП ВОЛО, Центр Лазерных технологий, ООО «Лазеры и оптические системы», ООО «ПГМК».

Приборы фотоэлектроники и космические системы

Основными промышленными партнерами для этого направления являются ОАО ЦНИИ «Электрон» (г. Санкт-Петербург), АО «НПП «ЭЛАР» и НПО «Орион» (г. Москва). В Российской Федерации ЦНИИ «Электрон» является головным предприятием по разработке и производству фото- и видеосистем видимого диапазона для космических аппаратов гражданского и военного применения, а НПО «Орион» - систем ИК-диапазона. С помощью систем, созданных в ЦНИИ «Электрон», были получены первые снимки Марса (космические аппараты «Марс-4» и «Марс-5»), кометы Галлея («Вега-2»), ими были оснащены «Луноход-1» и «Луноход-2», аппараты серии «Фобос». Практически все выпускаемые в России спутники военного и гражданского назначения в настоящее время оснащаются приборами производства этих предприятий. В ЦНИИ «Электрон» и НПО «Орион» реализуется весь цикл производства фотоэлектронных приборов, начиная с выращивания на полупроводниковых подложках уникальных фотоприемных матриц сверхбольшой площади до создания высокочувствительных тепловизионных и телевизионных приборов особого назначения.

ЗАО НПП «ЭЛАР» занимается разработкой и исследованиями в области фоточувствительных приборов с зарядовой связью (ФПЗС). Современное технологическое оборудование позволяет создавать на предприятии фотоприемные элементы с рекордными параметрами по квантовой эффективности и шумовым характеристикам. Значительная часть продукции НПП «ЭЛАР» используется в космической отрасли.

В рамках магистерской программы «Квантовая и оптическая электроника» курсы, связанные с фотоэлектроникой, проводятся специалистами этих предприятий-партнеров. Практики и часть лабораторных занятий студенты проходят непосредственно в ЦНИИ «Электрон». Для лучших студентов будет проводиться выездная летняя практика в г. Москва на производственных площадях НПО «Орион». Выездная практика проводится по желанию магистрантов и является для них полностью бесплатной. Студенты получают опыт по решению всех основных задач, возникающих при создании фотоэлектронных приборов, таких как компьютерное проектирование фоточувствительных матриц, выращивание таких матриц с использованием современного технологического оборудования, проектирование и создание фото- и видеоприборов различной сложности. Магистранты имеют возможность трудоустройства на предприятии как во время прохождения обучения, так и после окончания университета.

Кроме ОАО ЦНИИ «Электрон» и НПО «Орион» студенты имеют возможность прохождения практик и трудоустройства на ряде других предприятий-партнеров, занимающихся разработкой и применением приборов фото- и оптоэлектроники: ООО «НПП «ИНЖЕКТ», АО «Орбита», АО «Гириконд».

Приборы фотоники

В рамках магистерской программы «Квантовая и оптическая электроника» студенты получат знания и навыки, необходимые для успешного трудоустройства на большинстве предприятий, специализирующихся в области фотоники и оптоэлектроники. Кроме направлений лазерных технологий и фотоэлектроники, рассмотренных ранее, в программе будут рассмотрены принципы функционирования, методы проектирования и создания следующих типов приборов:

Светодиоды и светодиодные системы Интегрально- и волоконно-оптические системы Оптико-электронные системы медицинского и экологического назначения Системы оптической связи, оптической памяти и т.д.

Органические светоизлучающие диоды - один из самых перспективных элементов оптоэлектроники, позволяющий создать дешевые и яркие излучатели большой площади, в том числе осветительные поверхности и экраны. Применение квантовых точек в составе OLED позволяет существенно повысить их эффективность и обеспечить управление цветовыми характеристиками таких излучателей.

Направления работы коллектива, возглавляемого проф. Н.В.Каманиной, связаны с наноструктурированием поверхности и новых покрытий. Исследование динамических процессов в электрооптических жидкокристаллических средах, фоторефрактивных и фотопроводниковых процессов в сопряжённых органических системах, сенсибилизированных разными типами нанообъектов (фуллеренами, шунгитами, нанотрубками, квантовыми точками, др.). Работа проводится на базе АО «ГОИ им А.И. Вавилова».

Оптико-электронные спектральные приборы для исследования биологических жидкостей и мониторинга процедур экстракорпоральной детоксикации находятся на стыке оптики, электроники и медицинской техники. Проводимые исследования связаны с разработкой оптико-электронных спектральных систем для изучения состава биологических жидкостей организма, в том числе мониторинга жидких биологических сред в ходе медицинских процедур экстракорпоральной детоксикации организма. Созданы и успешно внедрены в медицинскую практику системы мониторинга процедур гемодиализа (проводятся на аппаратах «Искусственная почка») и ликворосорбции.

Кафедра фотоники тесно сотрудничает с международными организациями, осуществляет профессиональный обмен опытом, реализует совместные научные и учебные проекты. Ежегодно происходит обмен лучшими студентами, магистрантами, преподавателями в области фотоники. В число международных партнеров входят:

• Технический Университет г. Лаппеенранта (Финляндия);
• Университет Ювяскюля (Финляндия);
• Технический Университет города Труа (Франция);
• Institute of Micro and Sensor Systems (IMOS) Otto-von-Guericke-University (Германия);
• Технический университет Бранденбурга (Германия);
• Рижский технический университет (Латвия).