ФАКУЛЬТЕТ ФОТОНИКИ И ОПТОИНФОРМАТИКИ
НовостиУниверситет ИТМО
2017-09-26
Ведущие учёные Международного института Фотоники и оптоинформатики выступили с докладами на крупнейшем международном форуме «IRMMW-THz 2017».
  Группа ведущих учёных Международного института Фотоники и оптоинформатики: А.Н. Цыпкин, О.А. Смолянская и В.Н. Трухин выступили с докладами на крупнейшем международном форуме «42-ая Конференция по инфракрасным, миллиметровым и терагерцовым волнам» («IRMMW-THz 2017»). Конференция проходила с 26 августа по 3-е сентября в городе Канкун (Мексика).
  Впервые эта конференция была организована в 1974 году, и с тех пор проводится ежегодно в разных странах мира. Места проведения конференции чередуется между Европой, Азией и Америкой в трехлетнем цикле. Данная конференция является крупнейшим непрерывным форумом, специально посвященным области сверхвысокочастотной электроники и её приложениям. Международный оргкомитет конференции состоит из всемирно признанных экспертов из одиннадцати стран мира. Она поддерживается крупными агентствами США, такими как IEEE, APS, DOE и DoD. Год от года растет интерес к конференции, расширяется география и количество ее участников. Конференция ежегодно собирает около пятисот участников со всего мира. В этом году она проводилась в Мексике, и включала 10 пленарных выступлений, 44 лекции, 222 устных доклада и 157 стендовых докладов.
  В последние годы интерес к терагерцовой визуализации и спектроскопии для биологии, медицины, телекоммуникаций, безопасности, химии и здравоохранения вырос в геометрической прогрессии. Терагерцовые приборы дистанционного неразрушающего контроля позволят оснастить, например, пункты контроля пассажиров и багажа в аэропортах, железнодорожных и автовокзалах. Дистанционное зондирование почтовых отправлений крайне важно для решения задачи обеспечения безопасности, а масштаб определяется общим объемом почтовых отправлений. Более того, использование терагерцовой техники для обнаружения скрытых взрывных устройств имеет большое значение для решения задач противодействия терроризму. Использование терагерцового диапазона позволит увеличить скорость передачи каналов высокоскоростной цифровой связи в тысячу раз, а также открыть новые частоты связи.
  Благодаря своим проникающим способностям и высокой информативности обратного отклика терагерцовое излучение имеет огромный потенциал для применений в медицинской диагностике, дистанционном зондировании, спектроскопии химических и биологических объектов.



  О.А. Смолянская, руководитель лаборатории «Фемтомедицины» Международного института Фотоники и оптоинформатики, выступила на конференции с докладом, посвящённым своей работе в области разработки новых принципов формирования изображений биологических тканей с помощью магнитных наночастиц и дегидратирующих агентов для создания новых методов диагностики социально-значимых заболеваний человека, таких как: онкология, сахарный диабет и др.
  Суть своего доклада Ольга Смолянская представила в интервью редактору международного журнала «Biomedical Optics Express»: «Временное удаление свободной воды из ткани при помощи дегидратирующих агентов, например, глицерина, фруктозы, глюкозы, даст возможность изменить содержание воды в тканях и тем самым повысить контраст изображения не только за счет снижения общего количества воды в тканях, но и за счет изменения соотношения свободной и связанной воды. Таким образом, мы вызовем временное оптическое просветление биологической ткани, что даст возможность более глубокой её визуализации при диагностике патологий».
2017-09-14
Ученые Международного института Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО нашли, как сделать невидимое видимым.
   Ученые лаборатории "Цифровой и изобразительной голографии" Международного института Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО и лаборатории "Computational Imaging Group" Технологического университета Тампере усовершенствовали метод вычислительной обработки оптического сигнала в безлинзовых микроскопах. Они разработали алгоритм увеличения поля зрения и повышения разрешения безлинзового оптического микроскопа. С помощью специальных алгоритмов удалось повысить разрешение изображений, получаемых на таких микроскопах. Результаты научной работы были опубликованы в журнале Optica, который выпускается Оптическим сообществом Америки (OSA).

 
Николай Петров и Игорь Шевкунов
 
  Вычислительное построение изображения (Computational Imaging) и безлинзовая микроскопия

   Термин «Computational Imaging» можно перевести на русский язык как вычислительная визуализация, он обозначает подход к формированию изображений с помощью вычислительных методов из расфокусированных дифракционных картин. Этот современный подход используется при построении различных оптических приборов нового поколения: телескопов, микроскопов.
  Безлинзовый вычислительный микроскоп не имеет линз и микрообъективов, которые формируют изображение на светочувствительной матрице. Вместо этого исследуемый образец просвечивается (это может быть лазер или даже диод), после чего регистрируется картина дифракции света на объекте. Изображение из таких картин дифракции восстанавливается за счет компьютерных расчетов, выполняемых специальными алгоритмами. Безлинзовые микроскопы, как и голографические, обладают преимуществами. В традиционном оптическом микроскопе регистрируется сильно увеличенное фотографическое (амплитудное) изображение. Однако, если исследуемый объект прозрачный (как, например, многие живые клетки), фотографическое изображение получить не удастся без использования специальных красителей. Метод безлинзовой вычислительной микроскопии близок к голографии и устроен так, что обрабатывает не просто амплитудное изображение, а полную информацию о волновом поле, важной характеристикой которого является запаздывание световой волны по фазе. Фронт световой волны, проходящий сквозь прозрачный объект или отражающийся от его поверхности, в разных точках может по-разному замедляться или задерживаться в зависимости от оптических свойств объекта. Регистрируемая такими микроскопами информация о фазовом запаздывании позволяет визуализировать прозрачные объекты или измерять рельеф в трех измерениях.
  Компьютерные вычисления в системах безлинзовых микроскопов – это ключевой инструмент, с помощью которого не только формируется оптическое изображение, но также могут быть улучшены характеристики самого оптического сигнала, зарегистрированного матрицей светочувствительных элементов (иными словами, фотокамерой). Это значит, что, используя различные математические методы и алгоритмы, можно получать изображения более высокого качества при тех же аппаратных средствах.
 
Вычислительное расширение поля зрения
 
  Поле зрения – важная характеристика микроскопического изображения. Как правило, при увеличении разрешения увеличивается детализация изображения, но физические размеры наблюдаемой области объекта уменьшаются. В традиционной оптической микроскопии микрообъектив и тубусная линза фокусируют световое поле из маленькой области объекта в более крупную область регистрирующей матрицы – происходит увеличение изображения. Но размеры матрицы определяются при ее производстве и остаются фиксированными. Вычислительные методы позволяют обойти эти физические ограничения и увеличить поле зрения.
  Данные методы основаны на регистрации нескольких различающихся между собой дифракционных картин на фотокамере. Различия могут обеспечиваться разными методами, например, в данной работе использовались специальные фильтры, фазовые маски, вводимые в оптическую схему с помощью специального устройства: пространственно-временного модулятора света. После обработки картин дифракции, полученных с использованием таких масок, ученым удалось искусственно увеличить поле зрения (область, в которой сигнал был зарегистрирован) и, следовательно, увеличить разрешение.
  «За счет того, что мы используем разные маски, мы увеличиваем количество полезной информации, которую можно извлечь с помощью специальных алгоритмов. В данной работе мы применили ее, чтобы найти нерегистрируемую сенсором информацию между соседними пикселями. Это делается с помощью математического аппарата представления сигналов в виде разреженных множеств. На бытовом уровне это можно объяснить так. Представьте, что у вас есть лист бумаги в клеточку, на котором вы выбираете квадрат, скажем 8 на 8 клеток. Сами оптические поля по своей природе не дискретны, но вы можете регистрировать их только с помощью такой вот дискретной сетки – пикселей. Как правило, многие существующие методы вычислительного имаджинга сохраняют шаг дискретизации при восстановлении объекта. То есть, если вы зарегистрировали сигнал в квадрате 8 на 8 пикселей, то и восстановленное изображение будет продискретизировано так же. Однако если сигнал удовлетворяет некоторым критериям разреженности, то из зарегистрированного дискретного сигнала размером 8 на 8 пикселей можно восстановить всю недостающую информацию об объекте с меньшей дискретной сеткой: 16 на 16 или даже 32 на 32. При этом разрешение увеличивается в два или четыре раза соответственно. Кроме того, наш вычислительный алгоритм в процессе расчета экстраполирует сигнал за пределы области регистрации, то есть, в рассматриваемом нами примере, вокруг квадрата с сигналом размером 8 на 8 пикселей появляются дополнительные пиксели с сигналом, и поле зрения, таким образом увеличивается, а это, в свою очередь, приводит к повышению разрешения. Если говорить о материальных аспектах, то вычислительными методами мы увеличиваем разрешение изображения без улучшения качества регистрирующей матрицы и других технологических составляющих устройства. То есть мы экономим огромные средства, которые бы потребовались, чтобы технически улучшить аппарат для получения того же эффекта, который мы достигаем с помощью вычислений», – прокомментировал один из авторов статьи в журнале Optica, руководитель лаборатории Цифровой и изобразительной голографии Международного института Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО Николай Петров.

Вычислительное сверхразрешение
 
  Пространственное разрешение в микроскопии ограничено дифракционным пределом. Это значит, что невозможно до бесконечности увеличивать детализацию в изображении объекта, используя все более сильные микрообъективы. Не рассматривая проблему дискретизации, можно утверждать, что пространственное разрешение ограничено двумя параметрами: полем зрения и длиной волны используемого излучения. Чем меньше длина волны и чем больше поле зрения, тем лучше пространственное разрешение. Поскольку представленные в данной работе вычислительные алгоритмы искусственно увеличивают поле зрения, то увеличивается и пространственное разрешение.


Схема оптической установки. Источник: osapublishing.org

  «В перспективе развития данного направления для упрощения оптической системы необходимо исключить из схемы пространственный модулятор света и сократить количество масок-фильтров. Один из очевидных вариантов развития – это использование только одной маски, но с пошаговым перемещением. Это значительно удешевит разработанный нами вычислительный безлинзовый микроскоп, так как пространственный модулятор света – самый дорогостоящий элемент в таких системах», – добавил другой автор статьи в журнале Optica Игорь Шевкунов, сотрудник лаборатории Цифровой и изобразительной голографии и участник программы Fellowship в Технологическом университете Тампере.
 Улучшение техники безлинзовой вычислительной микроскопии позволит сделать еще один шаг вперед в повышении качества лабораторных и других исследований в области биологии, химии и других наук, а также в медицине.
 
 Статья
: Vladimir Katkovnik, Igor Shevkunov, Nikolay V. Petrov, and Karen Egiazarian, Computational super-resolution phase retrieval from multiple phase-coded diffraction patterns: simulation study and experiments, 2017, Optica.

 
В сентябре Николай Петров, дал интервью интернет-каналу "Русский материалист", где подробно рассказал о совместных разработках лаборатории "Цифровой и изобразительной голографии" Университета ИТМО, и лаборатории "Computational Imaging Group" Технологического университета Тампере.
Видеозапись интервью размещена на youtube и доступна по ссылке

 


 
2017-07-25
В Международном институте «Фотоники и оптоинформатики» Университета ИТМО закончила свою работу третья Международная летняя школа по фотонике и оптоинформатике – «Summer Camp in Photonics – 2017».
 
  17 июля в рамках третьей ежегодной Международной летней школы по фотонике и оптоинформатике «Summer Camp in Photonics - 2017» в Международном институте «Фотоники и оптоинформатики» Университета ИТМО были проведены заключительные занятия. В этих занятиях приняла участие группа, состоящая из тридцати трёх человек, студентов и преподавателей Делфтского университета (Голландия). Специалисты Международного института «Фотоники и оптоинформатики» познакомили иностранных гостей с Университетом ИТМО, рассказали о лабораториях, в которых они работают и основных результатах и достижениях. Затем для участников «Summer Camp in Photonics» были организованны мастер-классы в Международных лабораториях: «Квантовой информатики» и «Фемтосекундной оптики и фемтотехнологий».


  В лаборатории «Фемтосекундной оптики и фемтотехнологий» студентам из Голландии были продемонстрированы:
  • современные установки для Pump-probe спектроскопии, которая используется для измерения нелинейных откликов различных материалов, а также для их характеризации и определения возможных областей применения;
  • z-скан, который позволяет с большой точностью определять нелинейный показатель преломления различных материалов;
  • установки для генерации и детектирования терагерцового излучения в плазме, электрооптических кристаллах BBO, ZnTe и ZnSe;
  • современные установки для терагерцовой спектроскопии;
  • ближнепольный терагерцовый микроскоп.

  В лаборатории «Квантовой информатики» студенты из Голландии получили представление об основных принципах передачи данных по квантовым каналам, основных физических и технических принципах, на которых основана работа систем квантовой визуализации. Студентам также были продемонстрированы установки для передачи квантового ключа на поднесущих частотах.
  Студенты из Делфтского университета были в восторге от проведённых для них мастер-классов, материально-технической базы увиденных лабораторий и уровня научных исследований наших специалистов. После окончания занятий участники Международной летней школы по фотонике и оптоинформатике «Summer Camp in Photonics» выразили крайнюю заинтересованность в возможности пройти стажировку в одной из лабораторий Международного института «Фотоники и оптоинформатики». Кафедра Фотоники и Оптоинформатики всегда открыта и рада подобному международному сотрудничеству в сфере образования. И поскольку, в образовательную программу магистратуры Делфтского университета входит обязательная полугодовая стажировка в ВУЗе другой страны, мы надеемся, что кому-то из голландских студентов посчастливится реализовать свой интерес и пройти у нас на кафедре полноценный курс магистратуры.
 
Список участников Международной летней школы по фотонике и оптоинформатике «Summer Camp in Photonics – 2017»

 
2017-07-12
Сотрудники компании «NORINCO» прошли подготовку в Международной летней школе по фотонике и оптоинформатике «Summer Camp in Photonics - 2017».
  В рамках третьей ежегодной международной летней школы по фотонике и оптоинформатике «Summer Camp in Photonics - 2017» учёные и специалисты Международного института «Фотоники и Оптоинформатики» провели мастер-классы для иностранных специалистов из компании «NORINCO» (Китай).
 
  С 26 июня по 7 июля 2017 года группа специалистов из компании «NORINCO» (Китай) проходила программу повышения квалификация в Университете ИТМО. Даты пребывания были выбраны таким образом, чтобы ведущие специалисты крупного иностранного предприятия смогли поучаствовать в третьей ежегодной летней школе по фотонике и оптоинформатике «Summer Camp in Photonics». В рамках данной школы ученые Международного института «Фотоники и Оптоинформатики» прочитали лекции, а также провели мастер-классы по передовым научным направлениям, по которым ведутся исследования в их лабораториях.
  Руководитель Международного института «Фотоники и Оптоинформатики», заведующий одноимённой кафедрой, д.ф.-м.н., профессор Козлов Сергей Аркадьевич открыл серию мероприятий своей лекцией, посвященной обзору научных лабораторий и направлений, разрабатываемых кафедрой. Профессор кафедры, д.ф.-м.н. Виктор Георгиевич Беспалов вместе с руководителем лаборатории «Фемтомедицины», к.ф.-м.н. Ольгой Алексеевной Смолянской представили обзор передовых научных исследований в области фемтотехнологий, а также их применений в области передачи информации, медицины, безопасности и т.д. Руководитель лаборатории «Квантовой информатики», к.ф.-м.н. Артур Викторович Глейм в своей лекции очертил современное состояние такого важного и стремительно развивающегося направления, как квантовая информатика. Руководитель лаборатории «Цифровой и изобразительной голографии», к.ф.-м.н. Николай Владимирович Петров представил иностранным гостям обзор актуальных исследований в области цифровой голографии в видимом и терагерцовом частотных диапазонах.


  Зарубежные специалисты смогли принять участие в серии мастер-классов, проводимых лабораториями МИ ФиОИ. Под внимательным руководством специалистов Международного института «Фотоники и Оптоинформатики» гости смогли наблюдать филаментацию лазерного излучения в воздухе, генерацию спектрального суперконтинуума, а также терагерцового излучения в плазме. В рамках программы «Summer Camp in Photonics» специалисты компании «NORINCO» познакомились также с передовыми установками по защищенной передаче данных по квантовым каналам, методами по кодированию и детектированию сигнала в таких схемах.


  По окончании программы повышения квалификация руководитель делегации выразил общее восторженное мнение о Санкт-Петербурге, Университете ИТМО, программе «Summer Camp in Photonics», а также об учёных и специалистах Международного института «Фотоники и Оптоинформатики».
 

Список участников Международной летней школы по фотонике и оптоинформатике «Summer Camp in Photonics – 2017»

 

2017-07-11
Международный институт «Фотоники и оптоинформатики» Университета ИТМО открыл третью Международную летнюю школу по фотонике и оптоинформатике – «Summer Camp in Photonics – 2017»
 
  В начале лета Кафедру Фотоники и Оптоинформатики Университета ИТМО посетили учащиеся Университета Рочестера (США) для участия в третьей ежегодной Международной летней школе по фотонике и оптоинформатике «Summer Camp in Photonics».
  С 26 мая по 11 июня в Университете ИТМО проводилась ежегодная международная летняя школа для студентов, которую традиционно посещают учащиеся Университета Рочестера, США. Помимо них в школе приняли участие англоговорящие студенты Университета ИТМО. В рамках школы сотрудники Международного института «Фотоники и оптоинформатики» провели ряд ознакомительных лекций и мастер-классов по тематикам трех основных лаборатории: «Квантовой информатики», «Фемтосекундной оптики и фемтотехнологий» и «Цифровой и изобразительной голографии». После прослушивания курса лекций студенты приступили к проведению исследований под руководством научных сотрудников Международного института «Фотоники и оптоинформатики».
  Лекционный курс летней школы исчерпывающе охватывал все современные направления исследований в области фотоники. Студенты заслушали такие обзорные лекции как:
  • Введение в фемтосекундную оптику (Introduction to the femtosecond optics).
  • Введение в терагерцовую оптику (Introduction to the terahertz optics).
  • Введение в квантовую информатику и квантовые вычисления (Introduction in the field of quantum information and quantum calculation).
  • Введение в цифровую голографическую микроскопию (Introduction to Digital holographic microscopy).
  • Введение в оптоинформатику (Introduction to optical information technologies).

  Полученные в ходе вводных лекции знания помогли студентам в изучении материала следующих лекций, т.к. они уже, опираясь на базовые знания в области, углублялись в специфические вопросы:
  • Взаимодействие электромагнитных волн оптического диапазона с биологическими тканями и обзор медицинских оптических методов диагностики (Interaction of optical electromagnetic waves with biological tissues and review of medical optical diagnostic methods).
  • Оптические нелинейности и сверхбыстрые процессы в полупроводниках: Экспериментальные методы. спектроскопия "накачка-зондирование" (Optical nonlinearities and ultrafast dynamics in semiconductors: experimental techniques. Pump-probe spectroscopy).
  • Защищенность систем квантовой коммуникации (Security of QKD systems),
и др.
  В практической части летней школы студенты имели уникальную возможность поработать на первой в России квантовой сети, запущенной в 2014 году и объединяющей несколько зданий Университета, а также принять участие в проведении эксперимента по генерации терагерцового излучения в плазме. По результатам данных исследований ими были представлены доклады.
 
 Список участников Международной летней школы по фотонике и оптоинформатике «Summer Camp in Photonics – 2017»

 
Предыдущая    6    7    8    9    10    11    12    13    14    Следующая
Design by Anton Alfimov         Powered by MagicTeam