Главная

Состав

НУК РЛМ

Направления

Контакты

Инфо

 

 

 

 

НИИ Радиоэлектроники и Лазерной техники
МГТУ им.Н.Э.Баумана

Director NIIRL


Директор НИИРЛ

Барышников Николай Васильевич

д.т.н., профессор 

НИИ радиоэлектроники и лазерной техники (НИИ РЛ) МГТУ им. Н.Э.Баумана образован в 1988г. на основе профильных кафедр университета. Его возглавили известные специалисты в области лазерной техники - д.т.н., профессор Рождествин В.Н. (директор) и д.т.н., проф. Козинцев В.И. (зам. директора по науке), благодаря организаторским способностям которых была сформирована научная тематика и структура института. И тематику, и кадровый состав в основном удалось сохранить после известных проблем 90-х годов. А в последние годы институт заметно помолодел. В науку приходят талантливые и амбициозные выпускники университета, владеющие современными методиками и средствами проектирования лазерных оптико-электронных систем. Вопрос о преемственности поколений, так остро стоявший еще 10 лет назад, на сегодня снят. Молодых специалистов привлекает и уникальная возможность одновременной преподавательской и научной деятельности на самом высоком уровне, что возможно только в университете, привлекает возможность работы с современным оборудованием, которым сейчас располагает институт [1]. Немалую роль играет также и привлекательность самого направления лазерных оптико-электронных систем, отличающегося перспективностью и высоким научным потенциалом. Все это создает условия для самореализации молодого специалиста.

В настоящее время в институте работает высококвалифицированный  коллектив, включающий 12 докторов и более 30 кандидатов технических наук. Стоит отметить, что только в  2010 году по тематике проводимых работ  было защищено 4 кандидатских диссертации. 

Конечно, в структуре проводимых работ превалирующую роль занимают НИР. Как правило, они завершаются созданием действующего образца разработанной аппаратуры. Учитывая тот факт, что чисто «бумажные» НИР в настоящее время мало кого интересуют, несколько лет назад в структуре института появилось свое КБ. Его образование позволило не только повысить качество конструкторских разработок, но и перейти к выполнению ОКР в качестве как соисполнителя, так и головного исполнителя.

На загородной базе дмитровского филиала университета институт располагает оборудованными трассами для экспериментальных исследований разрабатываемой аппаратуры.

Стабильная научно-исследовательская структура сегодня должна отличаться   не только устойчивой и актуальной тематикой проводимых работ, но и перспективами своего развития.

Если говорить о тематике работ, проводимых в настоящее время в НИИ, то можно выделить несколько базовых направлений. Одно из них связано  с разработкой современных оптико-электронных приборов на основе нетрадиционной «плоской» оптики (голограммных (ГОЭ) и дифракционных оптических элементов (ДОЭ)). Работы в этом направлении проводятся в отделе «Оптико-голографические системы», возглавляемой к.т.н. С.Б. Одиноковым. Важно отметить, что лаборатории отдела  располагают всем необходимым технологическим и контрольно-измерительным оборудованием ведущих мировых производителей, обеспечивающим полный цикл изготовления ГОЭ и ДОЭ  (сканирующий атомно-силовой микроскоп Solver P47 PRO, лазерная установка для микрогравировки KineMax HighSec и т.д.)

Одним из таких примеров является создание голографического коллиматорного прицела, в котором прицеливание осуществляется с помощью ГОЭ. Этот элемент выполняет функции асферического отражателя, как линза в обычном коллиматорном прицеле и формирует при этом изображение прицельной марки любой конфигурации. ГОЭ может быть получен в результате сложного технологического процесса, а именно, получения заданного рельефа на фоторезисте, который реализуется в лаборатории на специализированных стендах получения высокоразрешающих голограмм с  использованием He-Cd лазера с длиной волны λ = 0,4416 мкм и мощностью до 150 мВт.

Вторым примером является разработка и создание внеосевых ГОЭ для очков ночного видения [2]. Созданный в лаборатории внеосевой ГОЭ окулярной части очков со свободным полем зрения обеспечивает одновременное наблюдение объектов как с экрана электронно-оптического преобразователя, так и их «сквозное дневное видение» (см. рис.1). Изготовление такого внеосевого компонента осуществляется на фотопластинках, регистрирующих интерференционную картину, полученную с помощью твердотельного АИГ-лазера на длине волны 532 нм.

niirl1.JPG

Рис.1. ГОЭ для окулярной части очков ночного видения

Еще одна научная  проблема связана с обработкой и хранением больших объёмов архивной информации. Ее решение требует не только увеличения ёмкости и быстродействия устройств оптической памяти, но и достижения  теоретических пределов плотности записи информации за счет усовершенствования технологий современных оптических и магнитных систем хранения данных,  В лаборатории предложены оригинальные схемотехнические решения по разработке перспективных оптико-голографических систем для  разных типов голографических носителей и для различных схем его движения при записи/считывании цифровой информации [3]. На их основе  были созданы   высокотехнологические лазерные стенды с использованием современной микросистемной оптоэлектронной элементной базы [4]. Для формирования интерференционной картины в компактных средствах голографической памяти требуются лазерные источники излучения с высокой когерентностью и с достаточно высокой мощностью генерации, такие, например, как модели He-Ne лазеров серии ЛГН с мощностью излучения до 100 мВт, модели He-Cd лазеров серии ГКЛ с мощностью излучения до 150 мВт. Весьма привлекательными для регистрации голографической информации являются «зелёные» Nd:YAG с удвоением частоты и с диодной накачкой.

В лаборатории ведутся исследования по разработке технологий получения защитных голограмм, а также оптико-электронных систем для их распознавания. Создан целый ряд действующих приборов по контролю подлинности защитных голограмм, в которых широко используются  модули полупроводниковых лазеров  на длине волны λ = 0,65 мкм и  λ = 0,405 мкм с  мощностью до 25 мВт.

Следующее направление работ НИИ РЛ связано с разработкой лазерных оптических систем (ЛОС).

Хорошо известно, что формирование лазерного пучка с требуемыми параметрами осуществляется за счёт применения внешней (вне резонатора лазера) оптической системы. Различие свойств классических и лазерных пучков вызывают принципиальное отличие законов их преобразования оптической системой. Именно это приводит к невозможности правильного расчета высококачественной ЛОС традиционными  оптическими методами и программами (Zemax, Code V, Oslo, Synopsys, WinDEMOS и др.).

Это направление разработки лазерной оптики в  МГТУ им. Н.Э. Баумана более 35 лет успешно развивает научная школа профессора, д.т.н. И.И. Пахомова [5,6], в отделе «Лазерные оптические системы» НИИ РЛ, которым руководит к.т.н. Ширанков А.Ф..

 ЛОС незаменимы при использовании их в согласующих, коллимирующих и фокусирующих узла, осуществляющих ввод/вывод излучения в волокно, коллимацию или фокусировку излучения. Причём во всех этих устройствах особое значение имеет качество формируемого распределения поля, которое должно иметь минимальные фазовые искажения. Вопросы аберрационного синтеза ЛОС являются первоочередными и крайне важными для разработки высококачественных приборов и систем всех перечисленных типов.  Надо иметь в виду, что во многих случаях произвольно взятые оптические компоненты (специально не рассчитанные на преобразование конкретных лазерных пучков) могут внешне казаться вполне работоспособными. Однако такой подход к расчету ЛОС не сможет обеспечить получение оптимальных характеристик преобразованного пучка.

В отделе разработаны базовые элементы теории анализа и синтеза ЛОС, осуществляющих преобразование исходных лазерных  пучков к пучку с требуемыми параметрами. В настоящее время разработана поэтапная методология проектирования высококачественных ЛОС, имеющих характеристики, близкие к предельно достижимым, а также отличающихся минимальными искажениями при преобразовании лазерных пучков. Разработанные с помощью нее ЛОС имеют минимальное число оптических компонентов и наиболее широкие допуска на их изготовление и сборку [7].    

Современные  разработки отдела нацелены не только на дальнейшее совершенствование методик разработки ЛОС различного назначения с минимальными искажениями, но  также на новые методы расчета ЛОС с получением заданных искажений.

 Важно отметить, что практика разработки, изготовления и применения ЛОС в лазерном оборудовании показала особую важность правильного подбора и использования наиболее подходящего лазера [8].

В качестве примеров разработанных в отделе  ЛОС  можно привести  высококачественные системы комбинированной лазерной головки для чтения/записи с цифровых оптических дисков (рис.2) и сверхскоростной лазерной системы связи (рис.2).

 

niirl2.JPG

Рис. 2. Схема лазерной оптической системы для цифровых дисков

 

Ris31                     Ris32
Рис. 3. Блоки сверхскоростной лазерной системы связи (экспериментальный образец)

 

В настоящее время продолжаются интенсивные теоретические разработки в области дальнейшего развития теории многомодовых лазерных пучков и их моделирования на базе лучевого и дифракционного подходов. Ведутся работы по развитию аберрационно-дифракционной теории резонаторов с непрерывным излучением, позволяющей разрабатывать лазерные резонаторы с наперед заданными параметрами выходящих лазерных пучков (энергетическими, спектральными и поляризационными).

В лаборатории «Лазерные информационные системы» под руководством д.т.н., проф. Бурого Е.В. разрабатываются методы и аппаратура  для получения информации о форме поверхности лоцируемых объектов, об их пространственном положении (включая ориентацию объектов относительно локационной системы),  для визуализации удаленных объектов, не разрешаемых оптическими средствами наблюдения, а также для  их автоматического распознавания, в том числе – при сверхмалой интенсивности регистрируемого излучения. Задача обработки информации и распознавания образов решается на основе нейросетевых технологий, в том числе – с использованием  распределенных вычислительных сетей. Ведется разработка и создание комплексов научной аппаратуры на базе высокоскоростных проводных, оптических и радио-  сетей для исследования 
              – информационных свойств полей лазерного излучения;
              – методов регистрации оптических сигналов и их обработки; 
             – оптических схем лазеров и свойств резонаторов; 
          – твердотельных лазеров с накачкой активных элементов излучением полупро-водниковых лазерных диодов, обеспечивающих возможность полнофункционального удаленного управления через сеть Internet и реализацию концепции дистанционного обучения.

 Еще одно направление работ связано с разработкой методов и средств экологического мониторинга, Они проводятся в отделе «Оптико-электронные системы экомониторинга и локации» под руководством д.т.н., проф. Козинцева и д.т.н., проф. Городничева В.А..

Современный подход к решению задач экологического мониторинга атмосферы основывается на разработке мобильных анализаторов, позволяющих оперативно и с высокой точностью определять состав многокомпонентных газовых смесей.  Одним из наиболее перспективных типов газоаналитических приборов являются лазерные оптико-акустические газоанализаторы на основе перестраиваемых лазеров (например, CO2- лазеров), позволяющие проводить локальный количественный анализ многокомпонентных газовых смесей.

Наиболее интересной научной проблемой при разработке теории и методов  многокомпонентного лазерного газоанализа является решение обратной задачи, базирующееся на  апробации методов количественного восстановления концентраций газов в смесях по результатам измерений. В отделе ведется разработка таких алгоритмов на основе использования методов решения некорректных математических задач. [9]

Весьма перспективными направлением исследований отдела является разработка лидарных методов  оперативного измерения скорости и направления ветра в приземном слое атмосферы.

Наиболее простыми методами получения оперативной информации о пространственном распределении параметров ветра, а также данных о ветре, усредненных по трассе,  являются корреляционные методы. В большинстве случаев существующие ветровые корреляционные лидары используют времена накопления информации единицы и десятки минут. В отделе разработаны методы, позволяющие  обеспечить значительное сокращение времени накопления информации. В системах использовуется излучение второй гармоники лазера на иттрий–алюминиевом гранате, активированном неодимом. [10]

Еще одна актуальная проблема связана с экологическим мониторингом загрязнения нефтепродуктами прибрежных зон морей. Эти загрязнения наиболее оперативно контролируются дистанционными методами, позволяющими инспектировать обширные водные поверхности за сравнительно малый промежуток времени.

Наиболее эффективными методами дистанционного контроля акваторий являются спектрофотометрические лазерные методы (на основе использвания лазеров в видимом и ближнем ИК диапазонах), либо лазерные методы на основе регистрации флуоресцентного излучения (при возбуждении флуоресценции лазерами в  УФ или видимом диапазонах). Эти методы позволяют не только обнаружить, но также  измерить толщину и провести классификацию нефтяных загрязнений на водной поверхности.

Разработкой этих методов также занимаются в отделе. В последнее время это направление получило логичное развитие в технологическую область, связанную с разработкой бесконтактных спектрофотометрических методов измерения толщины тонких  полупроводниковых, диэлектрических и металлических слоев пленок из различных материалов на подложке[11].

К перспективным направлениям относится разработка методов и аппаратуры регистрации трехмерных образов объектов. Руководитель направления – д.т.н., проф. Колючкин В.Я.. Разработанные оптико-электронные системы регистрации трехмерных образов объектов (в том числе и изображения лица) на основе параллаксного и стереоскопического методов позволяют реализовать  алгоритмы селекции и распознавания объектов, а также сопровождения перемещающегося объекта.

Традиционным научно-техническим направлением института является разработка и исследование лазерных систем видения. Эти системы предназначены для дистанционного обнаружения  как диффузно отражающих, так и световозвращающих объектов с использованием принципов лазерной локации. Работы ведутся под руководством д.т.н., профессора Карасика В.Е. [12]. Они затрагивают проблемы видения при распространении излучения в различных средах.  Проведенные в последние годы работы в этом направлении являются дальнейшим развитием теории видения, в том числе и в  мутных средах, например, в воде или в такой интересной среде, как кровь [13]. Полученные результаты позволили значительно улучшить обнаружительные характеристики существовавшей к тому времени локационной аппаратуры. Таких результатов удалось достичь за счет использования современной элементной базы, оригинальных алгоритмов функционирования локационной аппаратуры и современных методов цифровой обработки  видеоизображений, зарегистрированных с помощью высокочувствительных матричных фотоприемников. [14]

Для ЛСВ ближнего ИК диапазона спектра очень эффективным оказалось использование в каналах подсвета импульсных матричных полупроводниковых излучателей (МПИ) с рабочей длиной волны 0,8 мкм, и с импульсной мощностью до 1…2  кВт. Разработанные для них специальные оптические системы формирования излучения на основе оптического интегратора  позволили не только эффективно использовать мощность излучения источника, но и получить высокую однородность излучения в пучке подсвета. На рисунке 4 показан разработанный узел МПИ, включающий радиатор, сам МПИ и плату электронного блока  управления режимами генерации излучателя, а также режимами его терморегуляции.

Ris4

Рис. 4 – Конструкция узла лазерного излучателя

 Конечно, в значительной степени  обнаружительные характеристики удалось повысить за счет разработки и использования алгоритмов цифровой фильтрации  и цветового кодирования видеосигнала. Стоит отметить, что эти алгоритмы особенно эффективны при обнаружении световозвращателей (СВ) с пониженными отражательными характеристиками. К  таким СВ относятся  миниатюрные телевизионные камеры скрытого видения, отражательная способность которых на несколько порядков ниже, чем у традиционных СВ [15].

Впервые был проведен цикл исследований отражательных характеристик СВ среднего и дальнего ИК диапазонов спектра. Важно отметить, что в результате были получены систематизированные данные об отражательных характеристиках инфракрасных СВ, а также разработан и изготовлен экспериментальный стенд для их измерения.    Функциональная схема стенда основывается на использовании СО2 лазера и матричных фотоприемников дальнего ИК диапазона спектра. [16,17]

Разработанные в отделе алгоритмы обработки сигналов, а также узлы приемо-передающих каналов с успехом используются в работах по созданию оптико-электронной аппаратуры различного назначения. К ней можно отнести аппаратуру автоюстировки каналов лазерных локационных станций, аппаратуру технологического дистанционного контроля взаимных угловых уводов узлов и блоков конструкций сложных систем, а также  аппаратуру контроля качества оптических поверхностей на стадии их шлифования [18].

Перспективы института связываются с его непосредственным участием в подготовке и реализации новых программ развития МГТУ им.Н.Э.Баумана как национального исследовательского университета техники и технологий, а также как учредителя проекта «Сколково». В рамках этих программ создается научный центр «Фотоника и ИК техника». Отличительной особенностью центра является то, что к формированию  тематики его научных направлений привлекаются ведущие ученые в области оптотехники, среди которых -   академик РАН В.И.Пустовойт. Сама  тематика  ориентируется не только на традиционные направления института, но также и на новые, связанные с освоением терагерцового диапазона электромагнитного излучения, с разработкой современной акустооптической оптотехники.  Эти направления предполагают, в том числе и разработку новой элементной базой в области излучателей, фотоприемников и оптических систем формирования излучения и управления излучением. Важную роль в этих проектах отводится работам, проводимым в технологическом отделе НИИ РЛ, которым руководит д.т.н., профессор Шашурин В.Д.. Отдел занимается  разработкой схемотехники терагерцового диапазона [19],  разработкой современных покрытий различного назначения для оптических и других материалов. Стоит отметить, что эти работы проводятся на базе оборудования учебно-инженерного центра нанотехнологий, нано- и микросистемной техники МГТУ им.Н.Э.Баумана.

Тематика и результаты работ, которые планируется проводить в  центре «Фотоника и ИК техника» должны стать основой для формирования  научных направлений университета в Сколково. 

НИИ РЛ МГТУ им.Н.Э.Баумана имеет давние и прочные связи с Лазерной ассоциацией, положительный опыт совместного участия в выставках и конференциях. Информационные возможности, которыми располагает ассоциация, оказываются очень важными и необходимыми, особенно  в настоящее время. Надеемся, что наметившаяся тенденция к возрастанию значения этих связей будет и в дальнейшем способствовать нашим взаимным успехам.   

Литература

  1. Карасик В.Е., Сахаров А.А. Лазерная оптико-электронная лаборатория МГТУ им.Н.Э. Баумана. Лазер Информ, выпуск №3 (402), февраль 2009 г.
  2. С.Б. Одиноков, Н.И. Гусарова, Д.С. Лушников, В.В. Маркин, В.В. Поздняков Голограммные зеркала окулярной системы очков ночного видения. - Вестник МГТУ, сер. Приборостроение, №2 (79), 2010, с. 92-104
  3. С.Б. Одиноков, Е.А.Усович, А.С.Гончаров, А.С.Кузнецов, А.Ю.Павлов, А.И.Николаев, В.В.Маркин, О.В.Андреева, Д.С.Лушников/ Разработка и исследование метода и оптической системы получения мультиплексных голограмм в системах архивной оптико-голографической памяти. - Оптический журнал, 2009, т. 76, № 7, с. 3-9
  4. Устройство записи мультиплексных голограмм в системе оптико-голографической памяти: патент №80968 РФ / С.Б. Одиноков [и др.] заявл. 24.09.2008; опубл. 27.02.2009. Бюл. №6
  5. Пахомов И.И., Цибуля А.Б. Расчет оптических систем лазерных приборов. М.: Радио и связь, 1986. 152 с.
  6. Pakhomov I.I., Tsibulya A.B. Computational Methods for Laser Optical System Design// Journal of Soviet Laser Research (translated from russian). 1988. V.9. № 3. P. 321 – 430.
  7. Аниканов А.Г., Пахомов И.И., Ширанков А.Ф. Структурный синтез лазерных оптических систем при ограничениях их параметров// Оптический журнал  Т.77. №02 - 2010
  8. Пахомов И.И., Ширанков А.Ф. К анализу и синтезу зеркально-линзовых резонаторов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана, сер. Приборостроение. 2007. № 2. С. 95–103
  9. Белов М.Л., Еременко Л.Н., Козинцев В.И., Федотов Ю.В. Метод байесовских оценок в задаче лазерного газоанализа. Вестник МГТУ. Сер. Приборостроение. 2008.- N2.- С.51-58.
  10. Иванов С.Е., Козинцев В.И., Белов М.Л., Городничев В.А., Смирнова О.А. Лазерный метод оперативного тзмерения скорости и направления ветра в приземном слое атмосферы // Вестник МГТУ. Сер. Приборостроение. 2009. Спецвыпуск.-С.232-235
  11. Белов М.Л., Козинцев В.И Лазерные неконтактные методы измерения толщины пленок. Из-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009, 76 с.
  12. Карасик В.Е., Орлов В.М. Лазерные системы видения: Учебное пособие. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана,2001. – 352 с., ил.
  13. Иванова Е.М. Карасик  В.Е. Активная система видения для внутрисосудистого микроробота. Ангиология и сосудистая хирургия (приложение)2009, т. 15, №2.
  14. Барышников Н.В., Бокшанский В.Б., Золотов И.Ю., Карасик В.Е. Способ ночного и/или дневного наблюдения удаленного объекта с синхронной фазовой манипуляцией лазерными импульсами подсвета и устройство для его реализации Пат. 2269805 Рос. Федерация: МПК G 02 B 23/12. /– № 2004117181/28; заявл. 08.06.2004; опубл. 10.02.2006, Бюл. № 4. – 12 с.
  15. Барышников Н.В., Бокшанский В.Б., Карасик В.Е. Оптико-электронное устройство для дистанционного обнаружения систем скрытого видеонаблюдения. Пат. 2308746 Рос. Федерация: МПК G 02 B 23/12. № 2006131322; заявл. 31.08.2006 ; опубл. 20.10.2007, Бюл. № 29. – 11 с.
  16. Степанов Р.О. Барышников Н.В. Разработка метода и аппаратуры измерения световозвращательных характеристик ОЭС ИК диапазона Измерительная техника. 2007. №9. С. 24 – 28
  17. Барышников Н.В., Карасик В.Е., Степанов Р.О. Исследование отражательных характеристик тетраэдрических световозвращателей в ИК диапазоне. Вестник МГТУ им.Н.Э.Баумана. Сер. «Приборостроение», 2010. №1, С.3 – 16.
  18. Абдулкадыров М.А., Барышников Н.В., Денисов Д.О. и др. Неравноплечий ИК – интерферометр Тваймана – Грина для контроля формы и качества поверхностей крупногабаритных оптических деталей на стадии шлифования Оптический журнал. 2010.№1, С.6 – 18
  19. Гармаш В.Ф., Иванов Ю.А., Мешков С.А., Федоров И.Б., Шашурин В.Д. и др. Наноэлектронный полупроводниковый смесительный диод. Патенты РФ №2372691, №2372692, №2372693, №2372694 от 10.11.2009г.

 
Директор НИИ РЛ МГТУ им. Н.Э. Баумана

Барышников Н.В.

 

       

Developed by NUKRLM;  1024 x 768 Optimized