Пермь — центр развития сквозной технологии «фотоника»

Фотонные технологии успешно осваивают в Пермском крае

Эксперты Центра компетенций на Международной выставке «Фотоника. Мир лазеров и оптики — 2023»

«Пермский край — флагман российской фотоники» — такая цель появилась у руководства Пермской приборостроительной компании  еще в начале 2000-х годов. Компания к тому моменту уже несколько лет занималась волоконной оптикой, и уже тогда стало ясно, что фотоника — это наука будущего

Фотоника для ПНППК — это в первую очередь компетенции управления светом для решения конкретных прикладных задач в различных сферах жизнедеятельности человека. Она пришла на смену электронике, используя для передачи данных частицы света — фотоны. Фотонные технологии успешно применяются в оптических и квантовых системах связи, разработках для высокоскоростной передачи информации, лазерной медицины, экологического мониторинга, интернета вещей. 

Начиная с 2007 года ПНППК становится центром притяжения научного сообщества, занимающегося световодами, лазерами, нано- и радиофотоникой, которые участвуют во Всероссийской конференции по волоконной оптике, проводимой в Перми раз в два года.

В октябре 2017-го по инициативе Пермской приборостроительной компании был создан Пермский инновационный кластер волоконно-оптических технологий «Фотоника», куда, помимо ПНППК и дочерних компаний вошли предприятия из Пермского края, Свердловской области и Удмуртской Республики — всего более 40 организаций, производящих широкий спектр продукции в сфере фотоники: волоконно-оптические гироскопы для всех видов техники, фотонные интегральные схемы, светодиодные лампы, волоконно-оптический кабель и волоконно-оптические датчики различного применения. 

Все это логически привело к тому, что в декабре 2020 года на базе Пермского государственного национального исследовательского университета (ПГНИУ) был создан Центр компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) «Фотоника», где ключевым индустриальным партнером выступила ПНППК. Возможность создать Центр именно в Перми появилась благодаря заделу в виде уже сформированной на территории Пермского края «опорной» системы взаимодействующих научных, образовательных и промышленных организации в сфере фотоники. 

Центры компетенций — это инженерно-образовательные консорциумы, которые занимаются развитием «сквозных» технологий НТИ, призванных создать условия для обеспечения лидерства российских компаний на новых высокотехнологичных рынках. На сегодняшний день в России созданы уже 24 таких центра, пермский центр — единственный по тематике фотоники.

Фотонная экосистема

На базе Центра НТИ «Фотоника» создан консорциум от Санкт-Петербурга до Владивостока, в который на данный момент входят 63 участника (22 образовательные организации, 14 научных организаций, два института поддержки, 25 промышленных предприятий). Ключевыми участниками консорциума являются: ПГНИУ, ПАО «ПНППК», ООО «Инверсия-Сенсор», ИАиЭ СО РАН, ИТМО «Сколтех». 

Центр компетенций НТИ «Фотоника» развивает собственную экосистему продуктов. Ядром этой экосистемы являются пять ключевых проектов (будущих продуктов) Центра компетенций. 

В основе экосистемы фотоники лежат технологии сенсорики. Именно на развитие сенсорики направлен один из пяти проектов — фемтозапись. Эта технология позволит создавать структуры внутри оптоволокна в процессе его вытяжки без повреждения. Ожидается, что реализация данного проекта позволит повысить доступность волоконно-оптических технологий для приборостроения.

Благодаря создаваемым структурам внутри волокна появляется возможность применения другого проекта — компактного анализатора сигналов для измерения физических величин. Анализатор позволяет в режиме реального времени отслеживать состояние мостов, шахт, турбин и других сложных инфраструктурных объектов. Устройство способно замерять десятки параметров (температуру, давление, напряжение, вибрации и пр.). Это дает возможность своевременно выявлять и предотвращать вероятные риски.

Ученые Центра также работают над созданием перестраиваемого лазера — источника оптического излучения для устройств на основе фотонных интегральных схем. Разработка может применяться в компактных датчиках и контроллерах, устройствах IoT и в персональных системах мониторинга.

Еще один проект — это фотоприемники двух типов. Такие модули можно будет использовать при производстве в России комплектующих для систем мониторинга окружающей среды, для 5G- и 6G-технологий, а также для медицины. Один из вариантов фотоприемника может стать основой для отечественных интернет-роутеров, сборка которых возможна полностью из российских комплектующих. 

Наконец, пятый проект Центра — это специальные волокна. В рамках проекта ведутся работы над новыми видами оптических волокон, выдерживающими высокие температуры, агрессивные среды и ионизирующие излучения. Такие волокна позволят создать волоконно-оптические лазеры, системы и датчики, которые за счет ускорения передачи данных сократят время реакции на нештатные ситуации на атомных электростанциях.

Все проекты позволяют не только изготавливать отдельно взятые продукты, но комплексные решения для целых отраслей промышленности

Все проекты позволяют не только изготавливать отдельно взятые продукты, но комплексные решения для целых отраслей промышленности. В частности, разработки Центра в перспективе могут быть использованы в энергетике, робототехнике, телекоммуникациях, медицине, недропользовании и в транспортной инфраструктуре.

Подготовка кадров

Помимо исследований Центр занимается разработкой образовательных программ. В 2022 году запущен ряд новых сетевых магистратур (с Мордовским государственным университетом им. Н.П. Огарева и с Санкт-Петербургским государственным электротехническим университетом «ЛЭТИ»). Здесь сотрудничество с индустриальным партнером в лице ПНППК играет важную роль. Студенты могут проходить производственную практику на предприятии, работая в реальных условиях над реальными задачами. 

Для подготовки высококвалифицированных кадров Центр создает новые лаборатории. В прошлом году на территории ПНППК начала работу лаборатория особо чистых материалов для фотоники. Она расположена на базе Завода особо чистого кварца. Здесь студенты проходят обучение, а также проводят научно-исследовательские работы. Также в 2022 году в ПГНИУ была создана лаборатория сенсорики и перспективных средств измерения. Цель работы лаборатории — проведение работ по исследованию технологий в области сенсорики и освоение методов обработки результатов перспективных средств измерения.

Таким образом, в рамках деятельности Центра развивается формат взаимодействия, который позволяет одинаково эффективно проводить работы и реализовывать проекты, накапливать компетенции и получать результаты интеллектуальной деятельности в области сквозной технологии «фотоника», а также открывает возможность в перспективе к 2025 году занять устойчивое положение на рынке систем мониторинга за счет решения широкого спектра задач и преодоления технологических барьеров.      

  Авторы Фрина Пантелеева, Александр Казанцев