Центр компетенций НТИ по направлению «Фотоника»

Центр компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) по направлению «Фотоника» на базе ФГБОУ ВО «Пермский государственный национальный исследовательский университет».

Деятельность Центра направлена на комплексное развитие сквозной технологии «Фотоника» и ее применение в различных отраслях реального сектора экономики, в том числе формирование устойчивой системы развития технологий интегральной и волоконной оптики в части получения фундаментальных и прикладных знаний.

Цели и задачи

Результаты деятельности

Значимые результаты научно-исследовательской деятельности

Проект «Создание технологии производства компактных анализаторов сигналов волоконно-оптических датчиков (КАСВОД) на основе интегральной фотоники и волоконной оптики»

В рамках работ по Программе Центра компетенций 2.1.10.1 и 2.1.10.2 были созданы макеты КАСВОД, демонстрирующие работоспособность решений, принятых на этапе эскизного проектирования. Основные результаты работы продемонстрированы, в том числе в рамках мероприятий. таких как «Архипелаг» (г. Севастополь), Технопром (г. Новосибирск) и др. В 2023 году начаты испытания макетов. В перспективе КАСВОД сможет измерять десятки других параметров различных сложных инфраструктурных объектах и системах. Например, измерение температуры в трансформаторе, измерение температуры в подвижном составе, измерение уровня песка в бункере локомотива, измерение вибрационных характеристик турбин.
Проект «Разработка интегрального источника оптического излучения, перестраиваемого в широком оптическом диапазоне, для применения в устройствах на основе ФИС».

Разработаны и отработаны алгоритмы функционирования лазера, в т.ч. созданы программные коды для управления параметрами макета лазера. Разработка позволит заложить основу для производства активных и пассивных компонент для перестраиваемых лазеров на основе гибридной технологии. Разрабатываемый источник оптического излучения планируется применять в системах мониторинга зданий, сооружений, состояния окружающей среды.
Проект «Станция и технология записи отражающих структур фемтосекундным лазером, в том числе в процессе вытяжки волокна»

Проект «Станция фемтозаписи» - это работа по отечественному станкостроению, которое обеспечит массовое производство диффракционных элементов - волоконно-оптических брэгговских решеток (ВБР) различного типа, причем без нарушения полимерного защитного слоя волокна, что делает эти волоконные компоненты - основу волоконно-оптических сенсоров деформации, температуры и др. - наиболее надежными и технологичными. Появление такого станка сократит стоимость формирования ВБР в оптических волокнах с 3000 тысяч рублей, до 200. А также, в перспективе увеличит производительность ВБР до 1 млн. штук в год.
Проект «Разработка научно-технических и технологических решений для волоконно-оптических элементов, стойких к высоким температурам, агрессивным средам и ионизирующему излучению, предназначенных для систем технического мониторинга объектов повышенной опасности, лазерной техники и телекоммуникации»

В части НИОКТР по созданию новых видов волокон, в 2022 г. изготовлены экспериментальные образцы одномодового и многомодового специального оптического волокна с новыми типами покрытий, стойких к ионизирующему излучению, температурам до 600℃ и другим агрессивным факторам. Кроме того, изготовленные опытные образцы оптических волокон, которые успешно прошли предварительные испытания по разработанным программе и методикам. Оптические волокна готовы к проведению приемочных испытаний.

Создание важных объектов инфраструктуры

Лаборатория №1 – «Лаборатория особо чистых материалов для фотоники».
Цель лаборатории – создание научно-исследовательского лабораторного комплекса, оснащенного новейшим оборудованием, реализующим прогрессивные технологии, применяемые на предприятии. Основные задачи: научно-исследовательская – проведение фундаментальных и прикладных исследований на современном оборудовании в области фотоники; практико-ориентированная учебная – формирование у обучающихся профессиональных компетенций, практической работы, востребованной работодателем.
Лаборатория представляет из себя три зонированые территории, каждая из которых имеет целевое назначение: образовательный процесс, кварцевые технологии и химические технологии. В 2022 г. осуществлена организация инфраструктуры лаборатории: строительные работы, подведение коммуникаций, приобретение и установка оборудования и мебели.

Лаборатория №2 - «Лаборатория сенсорики и перспективных средств измерения».
Цель лаборатории - проведение работ по исследованию технологий в области сенсорики и освоение методов обработки результатов перспективных средств измерения. Основной задачей лаборатории является проведение НИР и НИОКР по оптоволоконным датчикам вибрации, давления и деформации, а также разрабатывать ПО для обработки получаемых данных. Например, будут вестись разработки «Умной шпильки», датчиков деформации и температуры.Кроме прикладных задач, в лаборатории ведется подготовка будущих специалистов для предприятий в области фотоники.

Внедрение и коммерциализация результатов деятельности Центра

Обеспечено внедрение промежуточных результатов: в рамках проектов Центра создано 9 РИД в форме зарегистрированных программ для ЭВМ (программы для моделирования оптических элементов), уже применяемых индустриальными партнерами (ПАО «ПНППК», ООО «Инверсия-Сенсор») в производственном процессе на этапах создания и модернизации новых видов продукции.

Создание и лицензирование РИД

В 2022 году Центром компетенций НТИ «Фотоника» совместно с ПНИПУ разработана и внедрена система управления РИД. В рамках системы стандартизированы процедуры и механизмы работы с РИД для каждого из членов консорциума. Всего разработано 13 документов для внедрения и управления результатами интеллектуальной деятельности. Всего за два года было заключено 22 лицензионных договоров с индустриальными партнерами Центра.

Консорциум

Проекты

Центр компетенций реализует 5 ключевых научно-технических проектов, запущенных в 2021 году:

Разработка технологии и производственных цепочек изготовления активных компонентов ФИС на платформе InP, предназначенных для применения в анализаторах оптических сигналов, телекоммуникационных и радиофотонных системах.

Группа ученых из ПГНИУ и ИТМО работает над созданием технологии и технологического оборудования для изготовления активных компонентов фотонных интегральных схем (ФИС) на платформе InP, предназначенных для применения в анализаторах оптических сигналов, телекоммуникационных и радиофотонных системах, под названием «Фосфид». Разработка российских ученых позволит наладить производство на территории страны комплектующие для систем мониторинга окружающей среды, 5G и 6G технологий, медицинской фотоники и других смежных областей производства.
Создание технологии производства компактных анализаторов сигналов волоконно-оптических датчиков на основе интегральной фотоники и волоконной оптики.

Группа ученых из ПГНИУ, ИАиЭ СО РАН и Сколтеха работают над созданием технологии производства компактных анализаторов сигналов волоконно-оптических датчиков (КАСВОД) на основе интегральной фотоники и волоконной оптики. Проект КАСВОД позволит в реальном времени отслеживать состояние мостов, турбин, шахт и других сложных инфраструктурных объектов.
Разработка интегрального источника оптического излучения, перестраиваемого в широком оптическом диапазоне, для применения в устройствах на основе фотонных интегральных схем.

Планируется создание и поэтапная/частичная локализация в России технологии интегральных перестраиваемых источников оптического излучения, преимущественно для сенсорных систем на основе фотонных интегральных схем. Технология должна включать в себя полный цикл научно-исследовательских, инженерно-технических и производственных работ по созданию оптического излучателя на основе технологий интегральной фотоники и ФИС.
Станция и технология записи отражающих структур фемтосекундным лазером, в том числе в процессе вытяжки волокна.

Команда ИАиЭ СО РАН при поддержке Центра компетенций НТИ «Фотоника» разрабатывает технологию и станцию записи Волоконных Брэгговских Решеток (ВБР). Выполнение задач проекта позволит реализовать производственный процесс выпуска ВБР. Ожидается значительное снижение времени и трудозатрат на их производство, что приведет к снижению стоимости и повысит доступность элементной базы для компаний, специализирующихся на внедрении волоконно-оптических технологий в сенсорике, приборостроении и прочих областях.
Разработка научно-технических и технологических решений для волоконно-оптических элементов, стойких к высоким температурам, агрессивным средам и ионизирующему излучению, предназначенных для систем технического мониторинга объектов повышенной опасности, лазерной техники и телекоммуникации.

Специалисты Центра компетенций НТИ «Фотоника» на базе ПГНИУ разрабатывают новые виды оптических волокон для для применения в области высоких температур и ионизирующего излучения для изготовления волоконно-оптических элементов для применения в атомной, аэрокосмической и других отраслях промышленности.

Образовательная деятельность

В 2021-2023 гг. Центр НТИ обеспечил подготовку 589 специалистов в области «сквозной» технологии «Фотоника» по основным и дополнительным программам и категориям обучающихся.

Всего за 2021 год в Центре компетенций НТИ «Фотоника» подготовили 92 специалиста, из них - 23 человека прошли обучение в формате дополнительного профессионального образования. Обучение проходило на базе пяти организаций Центра: ПГНИУ, ИТМО, Сколтех, ИАиЭ и НГУ. В 2021 году обучение проводилось в рамках соответствующих направлений и профилей в рамках направлений «Нанотехнологии и микросистемая техника», «Прикладные математика и физика», «Лазерная техника и лазерные технологии» и других. В дальнейших планах Центра – расширение спектра направлений обучения.

С 2021 года при участии Центра компетенций «Фотоника» была запущена первая в России Олимпиада НТИ по сквозной технологии «фотоника». В 2022 году НТО по профилю “Фотоника” прошла во второй раз. https://ntcontest.ru/tracks/nto-school/proekt-novogo-proizvodstva/fotonika/.

Центр компетенций «Фотоника» продолжает реализацию 6 существующих основных образовательных программ подготовки бакалавриата и магистратуры, 1 – аспирантуры, актуализация (разработка и внедрение новых дисциплин) запланированы на 2023 и последующие годы в связи с длительностью образовательных циклов. Также ПГНИУ реализует 2 дополнительных профессиональные программы.

В 2022 году разработано четыре новых модуля в программу бакалавриата ПГНИУ по направлению подготовки «Химия, физика и механика материалов»: «Материалы фотоники и интегральной оптики», «Технологические процессы фотоники и интегральной оптики», «Физико-химия стекла и кварца», «Физика и химия полимеров». Между ПГНИУ и ПАО «ПНППК» подписан договор о практической подготовке. Обучение по данным дисциплинам проводится на территории НОЦ (Научно-образовательный центр) ПАО «ПНППК» с привлечением профильных специалистов Компании. Кроме того, запущены сетевые магистратуры с МГУ. им. Огарева и ЛЭТИ. Всего за 2022 году Центр компетенций НТИ «Фотоника подготовил 222 специалисты по «сквозной» технологии «фотоника».

В 2023 г. разработан новый модуль в программу магистратуры ПГНИУ по направлению подготовки «Химия, физика и механика материалов»: «Технологические процессы фотоники и интегральной оптики».

Продолжается реализация трех сетевых программ магистратуры:

совместно с ФГБОУ ВО «МГУ им. Н.П. Огарёва» (Радиоэлектроника, телекоммуникации и интеллектуальные системы»);
совместно с ФГБОУ ВО «МГУ им. Н.П. Огарёва» и ПАО «ПНППК» («Фотоника»);
совместно с СПбГЭТУ «ЛЭТИ» и ПАО «ПНППК» («Приборы и системы навигации»).

Совместно с ПАО «ПНППК» в 2023 г. разработана и запущена новая сетевая образовательная программа магистратуры по профилю «Химия, физика и механика материалов».

Разработаны и реализованы три программы ДПО: «Введение в фотонику», «Волоконно-оптические датчики и сенсорные системы», «Педагогические работники по обучению специалистов, эксплуатирующих и применяющих беспилотные воздушные суда».

С целью популяризации «сквозной» технологии «Фотоника» на платформе «Университет 20.35» был размещен онлайн курс «Научный эксперимент».

Разработан набор учебно-лабораторного оборудования «Фотонный чемоданчик». Продукт является совместной разработкой Центра НТИ, ООО «ИННФОКУС» и технопарка «Кванториум Фотоника». Набор позволяет провести 12 лабораторных работ по оптике.