Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка новых квантовых материалов и фотонных устройств на их основе

Докладчик: Никоноров Николай Валентинович

Должность: Заведующий кафедрой Оптоинформационных технологий и материалов, профессор, д. ф.-м. н.

Цель проекта:
Разработка новых материалов – многофункциональных наноструктурированных стеклообразных материалов и графеноподобных структур, работающих в широком спектральном диапазоне. Эта задача включает: разработку состава и структуры материалов, работающих в видимом и инфракрасном диапазонах, проведение комплексных исследований физико-химических свойств и эксплуатационных характеристик новых материалов фотоники и фотоэлектроники. Разработка технологии синтеза новых материалов: - разработка технологии синтеза многофункциональных стекол и стеклокерамик с высокой однородностью и прозрачностью. Эта задача ориентирована на переход к следующей инновационной стадии – постановке ОТР по разработке технологического процесса получения и обработки материалов фотоники и фотоэлектроники в промышленных условиях и последующему внедрению этих технологий на предприятиях Индустриального партнера. - разработка технологии выращивания графеноподобных структур методом химического осаждения из газовой фазы. Практическая реализация новых материалов в оптоэлектронных, оптических, телекоммуникационных и лазерных системах. Эта задача ориентирована на разработку и демонстрацию экспериментальных образцов устройств на основе новых фотонных материалов: фотоприемников на основе сверхрешеток, фотоприемников на основе структур с квантовыми ямами, обладающих фоточуствительностью в диапазонах 3-5 мкм и 8-12 мкм, микро-чип лазера с распределенной обратной связью на 1.5 мкм, брэгговского селектора для мощных полупроводниковых лазерных линеек и матриц, сумматора-комбайнера мощных лазерных пучков. Эта задача ориентирована на переход к следующей инновационной стадии – постановке ОКР по созданию новой элементной базы и технологий фотоники и фотоэлектроники в промышленных условиях и последующему внедрению этих технологий на предприятиях Индустриального партнера. При успешном решении задач по созданию новых квантовых материалов и фотонных устройств на их основе, будет обеспечена возможность комплектования полностью отечественным оборудованием критических узлов ИК оптоэлектроники, проводных и беспроводных оптических линий связи. Цели предлагаемой ПНИЭР соответствуют решениям по созданию новых видов продукции и технологий в рамках реализации дорожной карты «Развитие оптоэлектронных технологий (фотоники)», утвержденной Правительством РФ в 2013 г. (№ 1305-р от 24.07.2013 г.), а также в рамках Технологической платформы «Инновационные лазерно-оптические и оптоэлектронные технологии – фотоника», принятой в 2011 г.

Основные планируемые результаты проекта:
В результате выполнения проекта будут разработаны:
- математические модели и компьютерные алгоритмы для расчета характеристик фотодетекторов.
- новые материалы фотоники: силикатные, боратные, фосфатные и оксифторидные стекла, стеклокерамики, активированные ионами редких земель, молекулярными кластерами, наночастицами и нанокристаллами,
- новые материалы фотоэлектроники: низкоразмерные и гибридные структуры на основе графена, структуры с квантовыми ямами, выращенные методом химического осаждения из газовой фазы,
- лабораторные технологии получения материалов фотоники: высокотемпературный синтез стекла, фото-термо-индуцированная кристаллизация стекла, низкотемпературный ионный обмен,
- лабораторные технологии получения материалов фотоэлектроники: выращивание графеноподобных структур методом химического осаждения из газовой фазы,
На основе новых материалов фотоники, разработанных в ПНИЭР, будут созданы экспериментальные образцы элементов и устройств фотоники: нелинейно-оптические фильтры-лимиттеры лазерного излучения, сверхузкополосные спектральные фильтры для лазеров и фотоприемников, сумматораы-комбайнеры лазерных пучков, лазеры с распределенной обратной связью, интегрально-оптические и волоконно-оптические сенсоры с характеристиками, отвечающими ТЗ.
На основе новых материалов фотоэлектроники, разработанных в ПНИЭР, будут созданы экспериментальные образцы элементов и устройств фотоэлектроники: фотодетекторы ИК-диапазона для тепловизоров, модуляторы, микроболометры с характеристиками, отвечающими ТЗ.
Будут созданы лабораторные стенды для контроля качества материалов, элементов и устройств фотоники и фотоэлектроники.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Области применения планируемых результатов:
Элементы и устройства фотоники на основе новых материалов будут использованы в следующих областях науки и техники:
- магистральные оптические телекоммуникационные системы,
- системы оптической передачи, обработки и хранения информации,
- системы лазерного сканирования, локации и телеметрии видимого и ИК диапазона,
- тепловизионная техника,
- биомедицина и приборостроение.
- системы защиты органов зрения и оптико-электронных приемных модулей от лазерного излучения.

2. Практическое внедрение планируемых результатов:
Проект сочетает в себе как проблемно-ориентированную, так и объекто-ориентированную направленность. Проблемно-ориентированная направленность включает обозначение проблемы как у нас в стране, так и за рубежом (в частности, это сильно ограниченная номенклатура материалов, на основе которых возможно создание приборов и устройств фотоники и оптоэлектроники нового поколения), так и пути решения этой проблемы (например, создание новых классов квантовых материалов). Объектно-орниетированная направленность включает конкретные примеры разработок новых квантовых материалов и применение этих материалов в конкретных приборах и устройствах фотоники и оптоэлектроники, а также внедрение этих конкретных разработок на базе Индустриального партнера «ОАО «ЦНИИ «Циклон» и других российских предприятиях.
3. Прогнозная характеристика конкурентных преимуществ разрабатываемых продуктов в ПНИЭР
При успешном решении задач по созданию новых квантовых материалов и устройств фотоники на их основе, в том числе, таких как источники и фотоприемники ИК диапазона, компоненты проводных и беспроводных оптических телекоммуникаций, а также организации их серийного производства на базе российских предприятий, будет обеспечена возможность комплектования полностью отечественным оборудованием критических узлов ИК оптоэлектроники, а также проводных и беспроводных оптических линий связи. Таким образом, будет решена главная задача – создание импортозамещающих продуктов и технологий в области ИК техники (фотоприемников, источников и элементной базы оптических телекоммуникаций), которая попадает под перечень двойных технологий. Отечественные квантовые материалы и фотонные устройства на их основе по своим тактико-техническим характеристикам не будут уступать лучшим мировым аналогам, а по себестоимости будут на 20-30% ниже импортных. Снижение себестоимости, в первую очередь, будет обеспечено за счет использования отечественных сырьевых материалов.

Текущие результаты проекта:
На этапе 1:
а) Подготовлен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной и методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИЭР, в том числе обзор научных информационных источников за период 2004 – 2014 гг. в части материалов и элементов фотоники и фотоэлектроники, а также высокоскоростных устройств фотоники. Проведен патентный поиск. Сделан выбор и обоснование оптимального варианта направления исследований.

б) Разработаны программы и методики испытания соответствия состава и структуры материалов фотоники характеристикам, указанным в ТЗ.

в) Разработаны три разовых технологических регламента:
- регламент синтеза стекол и стеклокерамик, активированных редкоземельными ионами, молекулярными кластерами, квантовыми точками, наночастицами и нанокристаллами в соответствии с требованиями ТЗ
- регламент синтеза графеновых структур
- регламент синтеза гибридных материалов

г) Разработана "Комплектность технической документации" на проект

д) По результатам работы в печать отправлено 3 статьи:
1. А.Ю. Бибик, Р.К. Нурыев, В.А. Асеев, Е.В. Колобкова, Н.В. Никоноров, Исследование структурных и спектральных свойств иттрий-свинцово-оксифторидных наностеклокерамик, активированных ионами неодима, Оптика и спектроскопия, Подана в печать.
2. A. V. Nalitov, D. D. Solnyshkov, N. A. Gippius, G. Malpuech, Voltage control of the spin-dependent interaction constants of Dipolaritons and its application to Optical Parametric Oscillator//Physical Review B. Подана в печать
3. A A Generalov, I V Anoshkin, M Erdmanis, D V Lioubtchenko, V Ovchinnikov, A G Nasibulin, and A V Räisänen, Carbon nanotube network varactor// Nanotechnology. Подана в печать