О лаборатории

Лаборатория оптики и фотоники кафедры телекоммуникационных систем Уфимского университета науки и технологий создана в 2007 году при финансировании Правительства Российской Федерации по национальному проекту «Образование», и развивается в рамках последующих проектов при поддержке Минобрнауки России и Российского научного фонда.

Миссией лаборатории является, во-первых, обучение студентов основам проектирования, моделирования и эксплуатации современных волоконно-оптических систем связи; во-вторых – проведение прикладных научных исследований и выполнения НИОКР в области оптики и фотоники.

У научных сотрудников лаборатории имеется опыт эффективного решения актуальных задач в следующих областях:

1) оптические и электро-оптические интегральные устройства;
2) новые оптические материалы – исследование наноструктурных материалов с уникальными нелинейными свойствами;
3) разработка информационных технологий обработки сигналов на основе мультимасштабного анализа;
4) методы и алгоритмы цифровой коррекции сигнала;
5) исследование взаимодействия поляризационных и нелинейных эффектов в волоконно-оптических линиях передачи;
6) разработка математических методов решений нелинейных уравнений распространения электромагнитных волн на основе методов группового анализа.

Одной из ключевых исследовательских задач данной лаборатории является разработка полностью оптических компонентов и устройств для волоконно-оптических сетей связи. В 2007-2011 годах осуществлены разработки по созданию нелинейного оптического переключателя на основе ситалла в неравновесном состоянии, интерференционных оптических фильтров на основе многослойных структур с переменным показателем преломления, а также оптических компенсаторов поляризационной модовой дисперсии (ПМД). В 2010-2011 проведен аудит волоконно-оптических линий связи ОАО «Башинформсвязь» и ОАО «Ростелеком» с целью оценки их резерва для дальнейшего увеличения скорости передачи. На основании полученных характеристик разработаны рекомендации по модернизации ВОЛС. Разработаны методические рекомендации по совершенствованию системы технической эксплуатации ВОЛС в условиях повышения требований к качественным параметрам среды передачи при переходе на перспективные высокоскоростные технологии XWDM. В 2012-2013 гг. реализован проект в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы, целью которого являлось повышение эффективности использования каналов связи при организации широкополосного мультимедийного доступа в эксплуатируемых телекоммуникационных сетях городского масштаба на основе технологий PON и PLC.

С 2013 г. по настоящее время проводимые в лаборатории исследования направлены на разработку оптических методов обработки сигнала для телекоммуникаций на основе модового мультиплексирования каналов (MDM). Как показывают современные прогнозы, общемировой объем трафика примерно каждые 7 лет возрастает на порядок. При этом, начиная с 1980-х годов, тенденция развития технологий волоконно-оптической передачи в целом была такова, что пропускная способность магистральных сетей возрастала на порядок приблизительно каждые 4 года. Однако на текущем технологическом уровне пропускная способность волоконно-оптических линий связи уже практически достигла физического предела, и чтобы не допустить в ближайшие годы так называемого «кризиса пропускной способности» (capacity crunch), необходима разработка принципиально новых технологий передачи, которые позволили бы многократно повысить эффективность использования ресурсов оптического волокна. Таким образом, технология MDM в настоящее время рассматривается как один из наиболее эффективных вариантов решения проблемы недостатка пропускной способности. В рамках наших исследований, направленных на практическое внедрение этой технологии, разработаны новые методы анализа искажений уплотненного по модам сигнала и полностью оптической компенсации данных искажений. Предполагается, что разрабатываемые решения позволят снизить потребность в вычислительных ресурсах и реализовать MDM-системы, позволяющие передавать данные со скоростями более 10 Тбит/с по одному волокну.

Другим перспективным исследовательским направлением лаборатории является по создание полностью оптических методов и устройств для генерации сигналов в сверхширокополосных системах типа Radio-over-Fiber (UWB-RoF). Предполагается, что результаты исследования позволят создать и внедрить в промышленное производство оборудование широкополосной передачи данных, которое в ближайшие годы обеспечит как импортозамещение в данной области, так и конкурентоспособную позицию на мировом рынке телекоммуникационного оборудования.

Данные исследования проводились и в настоящее время продолжаются, в том числе, в рамках следующих программ и грантов:

• федеральная целевая программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009-2013 годы (2012-2013 гг.)
• государственное задание Минобрнауки России для образовательных организаций высшего образования (базовая часть) (2014-2022 гг.)
• федеральная целевая программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России" на 2014-2020 годы (мероприятие 1.2)
• грант РНФ на реализацию проекта «Разработка принципов построения и моделирование многоканальной телекоммуникационной системы, работающей по технологии «Радио-по-волокну» в диапазоне частот 75–110 ГГц, на основе управления спин-орбитальным состоянием электромагнитного поля» (2018-2020 гг.)
• грант РНФ на реализацию проекта «Решения на основе интегральной фотоники для реализации приемопередающих устройств с мультиплексированием по оптическому орбитальному угловому моменту» (совместно с Дрезденским Техническим Университетом) (2019-2021 гг.)
• государственное задание Минобрнауки России для образовательных организаций высшего образования на реалзиацию проекта «Разработка принципов и технических методов повышения эффективности интегральных фотонных устройств для сенсорных систем» в рамках научно-исследовательской лаборатории «Сенсорные системы на основе устройств интегральной фотоники» (2021 г. - н. вр.).

К настоящему времени лаборатория оснащена следующим оборудованием для проведения экспериментальных исследований и испытаний:

• Лазерный источник, перестраиваемый в диапазоне длин волн 1440-1640 нм Yokogawa AQ2200-136 на платформе Yokogawa AQ2202.
• Стабилизированный лазерный источник с распределенной обратной связью с длиной волны 1310 нм Yokogawa AQ2200-111 на платформе Yokogawa AQ2202.
• Измеритель оптической мощности (в диапазоне -110...+10 дБм) Yokogawa AQ2200-211 на платформе Yokogawa AQ2202.
• Широкополосный источник излучения в C и L диапазонах EXFO FLS-5800.
• Оптический анализатор спектра (OSA) Yokogawa AQ6370.
• Анализатор хроматической дисперсии оптического волокна EXFO FTB-5800 на платформе EXFO FTB-400.
• Анализатор поляризационной модовой дисперсии оптического волокна EXFO FTB-5500B на платформе EXFO FTB-400.
• Поляризационный оптический рефлектометр во временной области EXFO POTDR-1100 на платформе EXFO FTB-400.
• Оптический стробирующий осциллограф (до 28 Гбод) Keysight N1092A.
• Зондовая станция с ручным позиционированием с оптическим и НЧ/СВЧ интерфейсами.
• Цифровой анализатор спектра и анализатор цепей (в частотном диапазоне до 18 ГГц) Agilent Technologies FieldFox N9917A.
• Цифровой анализатор спектра (в частотном диапазоне до 30 ГГц) Rohde&Schwarz FSP.
• Измеритель частоты битовых ошибок (до 32 Гбод) BERTWave E425B.
• Оптический рефлектометр во временной области Yokogawa AQ7260 OTDR.
• Малошумящий усилитель EDFA НТЦ РИО EFA-FMP15040600X-10LFAFA.
• Фотоприемник с частотной полосой до 35 ГГц IMT BP40AR-30-C-N-N.
• Модулятор Маха-Цандера (с частотной полосой до 40 ГГц) iXBlue Photonics MXAN-LN-40.
• Оптический микроскоп модульной конструкции Thorlabs Cerna.
• CMOS камера видимого оптического диапазона Thorlabs Kiralux CS235CU.
• ИК-камера для измерения профиля пучка Gentec-EO Beamage-3.0-IR
• ИК-камера для измерения профиля пучка Нева FSM640-PAL/CL SWIR.
• Оптические и оптомеханические компоненты свободного пространства производства Thorlabs.
• Сварочный аппарат для термического соединения оптических волокон Fujikura FSM 50S.
• Микроскоп для контроля торцевых поверхностей волоконно-оптических коннекторов Westover Scientific.
• Транспортный анализатор EXFO FTB-860 NetBlazer.
• Отладочный комплект цифровой обработки сигнала Altera Stratix III Development Kit DK-DSP-3SL150N.
• Волоконно-оптическая система передачи по технологии СWDM (на основе мультиплексоров Opticin 1х4 CWDM Mux) с линией связи на основе одномодового волокна длиной 80 км.