Научно-исследовательская лаборатория «Сенсорные системы на основе устройств интегральной фотоники» была создана 1 октября 2021 г. в рамках проекта "Наука и университеты".
Основная цель деятельности лаборатории заключается в разработке принципов построения и применения фотонных интегральных схем в сенсорных системах для качественного повышения их энергоэффективности, быстродействия и компактности составляющих устройств.
Научные направления НИЛ «Сенсорные системы» включают:
По результатам первых трех лет функционирования НИЛ «Сенсорные системы»:
Два сотрудника лаборатории получили престижную стипендию имени Камиля Валиева за успехи в микроэлектронике. Сотрудник лаборатории стал победителем на Выставке научных достижений ПФО на форуме iВолга. Сотрудник лаборатории стал победителем среди аспирантов на конкурсе научно-исследовательских работ студентов и аспирантов вузов в рамках 8 Всероссийского молодёжного форума «Наука будущего – наука молодых». Три сотрудника лаборатории стали победителем конкурса «Студенческий стартап». Сотрудник лаборатории стал победителем конкурса «Умник. Электроника». Сотрудниками лаборатории получены стипендии Президента и Правительства РФ. Две заявки сотрудников лаборатории получили гранты для государственной поддержки молодых ученых Республики Башкортостан.
Результаты деятельности лаборатории освещались в федеральных и региональных СМИ (телеканалы «БСТ», «Мир», «Россия-1», «РБК-Уфа», интернет-версия издания «Комсомольская правда»).
Ключевые достигнутые результаты за первые три года работы лаборатории:
1. Разработан дизайн фотонной интегральной схемы сенсорной системы на платформе нитрид кремния. Оптимизация дизайна под отечественные производственные возможности выполнена при участии МПГУ и НИТУ МИСИС (г. Москва), размещен заказ на производство в ООО «Тинфотоника» (г. Москва). Ведется разработка СВЧ печатных плат для размещения произведенной фотонной интегральной схемы с целью создания лабораторного образца полнофункциональной сенсорной системы.
2. Разработана численная модель детектора опасных газов на основе микрокольцевого резонатора, выполненного на платформе нитрид кремния. Структура способна определять наличие в газовой смеси следующих соединений: угарного газа, моноксида азота, сероводорода, бензола, паров ртути, тетрахлорметана. Несмотря на некоторые ограничения по различению газов, разработка имеет перспективы и может быть полезна в промышленности.
3. Предложена и численно верифицирована модель многоканальной сенсорной системы на платформе нитрид кремния для рефрактометрического анализа жидких сред в микрофлюидных системах «лаборатория-на-кристалле» (подана заявка на патент на изобретение). Переход на платформу нитрид кремния позволяет использовать более узкополосные источники лазерного излучения (с шириной полосы до 3 нм) и реализовать формирователь опрашивающего сигнала на основе интерферометра Маха-Цендера, что позволяет обеспечить компромисс между динамическим диапазоном регистрируемых длин волн резонансных датчиков и чувствительностью сенсорной системы в целом.
4. Разработана численная модель сенсорной системы на платформе кремний-на-изоляторе с использованием оптоэлектронного осциллятора. Совместно с КНИТУ-КАИ (г. Казань) проведена экспериментальная верификация разработанных ранее численных моделей оптоэлектронного осциллятора. Ведется проработка возможностей технологических партнеров для производства полностью отечественного интегрального оптоэлектронного осциллятора.
5. Разработана численная модель перестраиваемого излучателя оптических пучков, переносящих орбитальный угловой момент, на основе микрокольцевого резонатора, выполненного на платформе «кремний-на-изоляторе», с периодической структурой на кольцевом волноводе. Изменение порядка орбитального углового момента достигается нанесением на кольцевой волновод материала с изменяющимся фазовым состоянием.
6. Разработан дизайн ФИС для оптической когерентной томографии с перестраиваемым опорным плечом, реализующим возможность управления глубиной сканирования образца. На основании дизайна изготовлен лабораторный образец ФИС при участии ООО «Тинфотоника» (г. Москва), ПАО «ПНППК» (г. Пермь). Проведено предварительное экспериментальное тестирование экземпляров ФИС, определены требования к усовершенствованию технологического процесса, который предполагается применить при изготовлении следующих производственных партий ФИС.
7. Разработан алгоритм для снижения рабочей нагрузки на врача, который упрощает процесс выделения биомаркеров заболеваний. Данный алгоритм продемонстрировал высокую эффективность в распознавании возрастной макулярной дегенерации на ОКТ-снимках, превзойдя предыдущих разработок в специфичности и чувствительности. Исследования в области ОКТ проводятся при консультационном участии практикующих врачей ЗАО «Оптимедсервис» (г. Уфа).
8. Разработана численная модель оптоэлектронной цепи, структура которой реализует функционал нейросети, осуществляющей групповую координированную обработку однотипных сигналов. Модель показывает высокую корреляцию между программно-определяемым выходным значением нейросети и результатом моделирования оптического вычислителя.
