Представленный обзор охватывает 14 современных научных работ (2025 г.), посвященных актуальным проблемам фотоники, квантовых технологий, биомедицинской оптики и интегральной электроники. Исследования выполнены как отечественными, так и зарубежными учеными и опубликованы в авторитетных изданиях (Nature, Science Advances, «Журнал прикладной спектроскопии», «Вестник Московского университета» и др.).
Основные тематические блоки обзора:
Квантовые технологии и криптография: предложен метод удвоения скорости генерации квантового ключа в атмосферных каналах за счет одновременной передачи фотонов на двух длинах волн (780 и 850 нм); достигнуты скорости генерации просеянного ключа свыше 10 тыс. бит/с при уровне ошибок менее 4 %.
Интегральная и кремниевая фотоника: оптимизированы параметры электрооптических фазовращателей на основе обедненного кремния, обеспечивающие баланс между фазовым сдвигом и потерями; разработана методика изготовления волноводов с заданной шириной канала посредством электронно‑лучевой литографии; созданы усилители ваттного класса на кремниевой фотонике с выходной мощностью > 1 Вт на кристалле площадью ~ 4,4 мм².
Оптические устройства и методы: представлен гипермультиплексированный тензорный оптический процессор для энергоэффективных вычислений в задачах ИИ (триллионы операций в секунду); разработана ультраширокополосная встроенная фотоника для беспроводных коммуникаций в диапазоне > 100 ГГц со скоростью до 100 Гбит/с.; исследованы лавинные светодиоды на наноструктурированном кремнии с высоким быстродействием и совместимостью с кремниевой технологией.
Биомедицинская оптика и фотоника: изучена фотоцитотоксичность Yb‑комплекса дейтеропорфирина IX, показавшая его перспективность для ИК‑люминесцентной диагностики опухолей и антимикробной терапии; разработана модель распространения фемтосекундных вихревых пучков в диэлектриках с учетом дисперсии, дифракции и фотоионизации.
Методы исследования и материаловедение: рассмотрены методы анализа напряженного состояния тонкопленочных покрытий и способы минимизации дефектов на интерфейсе пленка‑подложка; продемонстрирована эффективность сканирующей ближнепольной оптической микроскопии для изучения ван‑дер‑ваальсовых материалов; предложен метод проектирования фотонных кристаллов с заданным фазовым откликом.
Ключевые тенденции и перспективы: интеграция фотонных и электронных компонентов для высокопроизводительных вычислительных систем; развитие квантовых коммуникаций с повышенной скоростью передачи данных; создание биосовместимых оптических материалов для медицинской диагностики и терапии; миниатюризация и повышение мощности оптических усилителей и передающих устройств.
Обзор демонстрирует междисциплинарный характер современной фотоники, объединяющей физику, материаловедение, биологию и информационные технологии для решения задач от квантовой криптографии до биомедицинской диагностики.
Представлены документы из фонда РНТБ, а также аннотированные описания электронных ресурсов и ссылки на полные тексты.
С полными текстами статей можно ознакомиться в зале информационно-справочной службы, комната 613, и в читальном зале периодических изданий, комната 614. Телефон для справок +375 17 226 61 88.
Анцух, М. А. Минимизация времени смешивания в цепочках Руднера–Левитова оптимизацией начального состояния / M. A. Анцуx, П. А. Леоник, И. А. Пешко // Журнал прикладной спектроскопии. – 2025. – Т. 92, № 1. – С. 109–113.
Исследован процесс смешивания в цепочках Руднера–Левитова, представляющих собой одномерную решетку бозонных мод со спроектированными потерями в каждой второй моде. Показано, что, выбирая начальное возбуждение в системе особым образом, можно добиться существенного уменьшения времени смешивания. В классе одномодовых возбуждений необходимо выбирать собственный вектор эффективного гамильтониана, соответствующий отличному от нуля собственному значению эффективного гамильтониана с наименьшей абсолютной величиной мнимой части. Начальное состояние, локализованное в двух и более модах, необходимо выбирать ортогональным этому собственному вектору.
Вислобоков, Н. Ю. Численное исследование процесса распространения оптических вихревых пучков фемтосекундного излучения в прозрачных диэлектриках / Н. Ю. Вислобоков // Веснік Віцебскага дзяржаўнага ўніверсітэта. – 2025. – № 2. – С. 5–11.
Построена математическая, а затем на ее основе и численная модель процесса распространения фемтосекундных вихревых импульсных пучков в диэлектриках, применяемых в фотонике в условиях нормальной и аномальной дисперсии. Модель учитывает, что такие оптические пучки в процессе распространения подвергаются одновременному воздействию дисперсии, дифракции и фотоионизационных эффектов, а модульная структура модели помогает анализировать влияние и роль каждого из этих эффектов в отдельности. К тому же, кроме эволюции огибающей напряженности (на основе которой можно наблюдать и динамику изменения интенсивности) электромагнитного поля вихревого импульсного пучка, представленная модель позволяет отслеживать динамику изменения частотного спектра исследуемого оптического излучения. Посредством данной модели возможно в дальнейшем численное изучение для оптических фемтосекундных вихрей процессов филаментации, формирования устойчивых локализованных формаций электромагнитной энергии, называемых световыми пулями, и закономерностей модификации их частотного спектра.
Денисов, А. Е. О возможности расширения динамического диапазона радиоприемного устройства с фотонным АЦП / А. Е. Денисов, Д. П. Данилаев // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. – 2025. – № 1. – С. 6–17. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=82423394 (дата обращения: 18.11.2025).
Оценено потенциальное расширение динамического диапазона радиоприемного устройства с фотонным АЦП. Подтверждена возможность увеличения динамического диапазона приемника на 2 дБм за счет лучшей чувствительности приемника с фотонным АЦП, принимающей значение в – 110 дБм, по сравнению с электронными АЦП. Определены предельные вносимые потери модулятора Маха–Цендера в 9 дБ и отношение сигнал/шум в 0 дБ, при котором сохраняются полученные результаты.
Емельянцев, П. С. Реконструкция структуры фотонного кристалла по заданному фазовому отклику / П. С. Емельянцев, С. Е. Свяховский // Вестник Московского университета. Серия 3, Физика. Астрономия. – 2025. – № 2. – С. 2520401-1–520401-8. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=82537727 (дата обращения: 18.11.2025).
Представлен метод проектирования одномерных фотонных структур, фазовый отклик которых имеет заранее заданную форму и особенности. Разработан алгоритм построения таких фотонно-кристаллических структур, выполнено численное моделирование их фазового и спектрального откликов.
Изучение фотоцитотоксичности и темновой цитотоксичности Yb-комплекса 2,4-ди(α-метоксиэтил)дейтеропорфирина IX для целей биомедицинской фотоники / И. П. Шилов, Ю. В. Алексеев, А. В. Иванов, В. Д. Румянцева // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – № 6. – № ст. 11. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=82576512 (дата обращения: 18.11.2025).
Проведено исследование фотоцитотоксичности и темновой токсичности Yb-комплекса 2,4-ди(α-метоксиэтил)дейтеропорфирина IX (Yb-ДМДП) для определения дальнейших перспектив его применения в биомедицинской фотонике. МТТ-методом определены параметры собственной цитотоксичности (темновой) и фотоцитотоксичности Yb-ДМДП. Для темновой цитотоксичности значение параметра 50% выживаемости раковых клеток (IC50) составляла 10-5,15 моль/л для клеток Skov-3, а для фототоксичности значение IC50 составляла 10-5,53 моль/л. Таким образом показано, что соединение Yb-ДМДП обладает умеренной собственной (темновой) токсичностью и незначительной фотоцитотоксичтностью по сравнению с широко применяемым в клинической практике препаратом «Фотодитазин» Низкая фотоцитотоксичность позволит эффективно использовать Yb-ДМДП в процессах ИК-люминесцентной диагностики опухолей, а умеренная темновая цитотоксичность, по всей видимости, может дать возможность его применения в антимикробной терапии без фотовозбуждения.
Купцов, А. Д. Остаточные напряжения на интерфейсе пленка-подложка / А. Д. Купцов, С. В. Сидорова // Нано- и микросистемная техника. – 2025. – Т. 27, № 1. – С. 15–24.
Рассмотрена актуальность тонких пленок (толщина менее 1000 нм) для отраслей инженерии: микро- и нано-электроники, фотоники и оптики. Приведены примеры дефектов, возникающих при наличии напряжений в пленках. Показаны способы для минимизации напряженного состояния в интерфейсе пленка-подложка. Описаны принципы методов исследования напряженного состояния пленок. Составлена классификация методов оценки напряженного состояния тонкопленочных покрытий.
Лавинные светодиоды на основе наноструктурированного кремния для СВЧ-диапазона частот / С. К. Лазарук, А. А. Лешок, А. В. Долбик [и др.] // Доклады Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники. – 2025. – Т. 23, № 2. – С. 5–11.
Проведен анализ параметров кремниевых лавинных светодиодов и их использования для электронно-оптических систем передачи сигналов. Показаны преимущества данных приборов, среди которых следует выделить высокое быстродействие и совместимость с кремниевой технологией. Изготовлены экспериментальные образцы лавинных светодиодов на основе наноструктурированного кремния и исследованы их структурные и оптические характеристики. Представлены результаты управления спектром электролюминесценции лавинных светодиодов за счет выбора технологических режимов формирования наноструктурированного кремния.
Одновременная генерация двух квантовых ключей при передаче одиночных фотонов с длинами волн 780 и 850 нм по одному атмосферному квантовому каналу / Д. Б. Третьяков, А. В. Коляко, А. С. Плешков [и др.] // Автометрия. – 2025. – Т. 61, № 1. – С. 57–66.
Предложен и реализован экспериментально метод увеличения скорости генерации квантового ключа в атмосферных квантово-криптографических линиях связи за счет одновременной передачи одиночных фотонов с длинами волн 780 и 850 нм по одному квантовому каналу. Лабораторная система продемонстрировала примерно двукратное увеличение скорости генерации так называемого «просеянного» квантового ключа при использовании двух установок, работающих на длинах волн 780 и 850 нм и передающих фотоны по одному квантовому каналу длиной 23 см. Скорость генерации просеянного квантового ключа и уровень ошибочных битов для длины волны 780 нм составили 11502 ± 290 бит/с и 2 , 4 ± 0 , 4 %, а для длины волны 850 нм – 10627 ± 290 бит/с и 3 , 9 ± 0 , 5 %.
Оптимизация параметров кремниевого электрооптического фазовращателя, работающего на эффекте обеднения свободными носителями / Е. А. Лаврухина, Д. С. Пашин, А. В. Нежданов [и др.] // Физика и техника полупроводников. – 2025. – Т. 59, № 1. – С. 16–22.
Выполнена оптимизация геометрических размеров поперечного сечения и концентраций легирующих примесей p-n-перехода электрооптического фазовращателя на основе обедненного кремния свободными носителями методом градиентного спуска. Полученная в результате моделирования конфигурация обеспечивает баланс между эффективностью фазового сдвига и потерями на свободных носителях. Кроме того, определена область геометрических параметров, реализующая одномодовый режим высоколегированных волноводов неполного травления. Предложенная методика и полученные результаты могут быть полезны для проектирования интегральных фотонных устройств.
Оптимизация технологий изготовления структур интегральной фотоники с использованием позитивного электронного резиста AR-P 6200 / В. А. Киселевский, К. А. Фетисенкова, А. А. Татаринцев [и др.] // Оптика и спектроскопия. – 2025. – Т. 133, № 3. – С. 292–298.
Создана методика для изготовления волноводов с каналом заданной ширины, используя электронно-лучевую литографию с применением позитивного электронного резиста AR-P 6200 (CSAR 62). Разработан технологический процесс с подобранными параметрами, позволивший изготовить тестовые структуры интегральной фотоники.
Якубовский, Д. И. Сканирующая ближнепольная оптическая микроскопия ван-дер-ваальсовых материалов / Д. И. Якубовский, Д. В. Грудинин // Прикладная фотоника. – 2025. – Т. 12, № 1. – С. 100–113. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=82560426 (дата обращения: 18.11.2025).
Рассмотрена эффективность применения метода рассеивающей сканирующей ближнепольной оптической микроскопии для изучения оптических свойств слоистых ван-дер-ваальсовых материалов. Подробно изложены принципы работы данного метода, его преимущества, а также современные достижения в исследовании высокорефрактивных анизотропных ван-дер-ваальсовых материалов и разработке фотонных устройств на их основе. Приведены результаты исследования волноводных характеристик кристалла CdPS₃ в телекоммуникационном диапазоне длин волн с использованием метода рассеивающей сканирующей ближнепольной оптической микроскопии.
Hypermultiplexed integrated photonics–based optical tensor processor / Shaoyuan Ou, Kaiwen Xue, Lian Zhou [et al.] // Science Advances. – 2025. – Vol. 11, iss. 23. – Article number: eadu0228. – URL: https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.adu0228 (date of access: 18.11.2025).
Переведенное заглавие: Оптический тензорный процессор на основе гипермультиплексированной интегрированной фотоники.
Растущий объем и сложность данных в результате быстрого распространения искусственного интеллекта (ИИ), Интернета вещей (IoT) и мобильных сетей 5G/6G создает острую потребность в энергоэффективном масштабируемом вычислительном оборудовании. Представлен гипермультиплексированный тензорный оптический процессор, который может выполнять триллионы операций в секунду, используя пространственно-временной трехмерный оптический параллелизм, позволяющий выполнять O(N2) операций за такт с помощью O(N) модулирующих устройств. Система оснащена лазерами на пластинах III/V микрометрового диапазона и высокоскоростной тонкопленочной электрооптикой на основе ниобата лития для кодирования со скоростью в десятки фемтоджоулей на символ. Порог генерации включает нелинейность аналогового встроенного выпрямленного линейного узла (ReLU) для активации с низкой задержкой. Масштабируемость системы проверена с помощью моделей машинного обучения с 405000 параметрами. Сочетание высокой тактовой частоты, энергоэффективной обработки данных и программируемости раскрывает потенциал для создания низкоэнергетических ускорителей искусственного интеллекта для различных приложений – от обучения крупных моделей искусственного интеллекта до принятия решений в режиме реального времени при развертывании граничных вычислений.
Ultrabroadband on-chip photonics for full-spectrum wireless communications / Zihan Tao, Haoyu Wang, Hanke Feng [et al.] // Nature. – 2025. – Vol. 645. – P. 80–87. – URL: https://www.nature.com/articles/s41586-025-09451-8 (date of access: 18.11.2025).
Переведенное заглавие: Ультраширокополосная встроенная фотоника для беспроводных коммуникаций полного спектра.
Представлена адаптивная беспроводная связь в беспрецедентном диапазоне частот, охватывающем более 100 ГГц, с использованием тонкопленочной беспроводной системы на основе тонкопленочного ниобата лития (TFLN). Используя эффект Поккельса и масштабируемость платформы, была достигнута монолитная интеграция основных функциональных элементов, включая модуляцию основной полосы частот, широкополосное беспроводное фотонное преобразование и реконфигурируемую несущую и локальную генерацию сигналов. Источники сигнала, оснащенные широкополосными перестраиваемыми оптоэлектронными генераторами, работают в рекордно широком диапазоне частот от 0,5 до 115 ГГц с высокой стабильностью частоты и постоянной когерентностью. На основе широкополосного и реконфигурируемого интегрированного фотонного решения была реализована полноканальнальная беспроводная связь в девяти последовательных диапазонах, достигая рекордной скорости в полосе пропускания – до 100 Гбит/с.
Watt-class silicon photonics–based optical high-power amplifier / N. Singh, J. Lorenzen, K. Wang [et al.] // Nature Photonics. ؘ– 2025. – Vol. 19. – P. 307–314 – URL: https://www.nature.com/articles/s41566-024-01587-9#article-info (date of access: 18.11.2025).
Переведенное заглавие: Оптический усилитель высокой мощности на основе кремниевой фотоники ваттного класса.
Представлены мощные усилители ваттного класса на основе волноводов с оптическим волокном с большой площадью моды в кремниевой фотонике с выходной мощностью на кристалле, превышающей ~1 Вт, и площадью всего ~ 4,4 мм2. Достигаемая мощность сравнима и даже превосходит мощность многих оптоволоконных усилителей. Данная разработка способна радикально изменить сферу применения интегрированной фотоники, позволяя интегральным устройствам достигать немыслимых ранее уровней мощности и заменять большинство современных настольных систем.
Вы можете заказать представленные на выставке издания, используя форму. Мы забронируем их для вас и сообщим, в каком читальном зале они будут доступны.
Заказать издания может только читатель РНТБ.
Вы также можете заказать фрагменты полных текстов, воспользовавшись услугой электронная доставка документов либо услугой электронный абонемент (услуги платные).