Архив выпусков

В работе представлены результаты модельного и экспериментального поиска оптимальной конфигурации чувствительного элемента на основе волоконно-оптического многомодового интерферометра с межмодовой интерференцией в фазово-амплитудном фильтре. Приведены результаты моделирования, на их основании выбраны комбинации многомодовых волоконных световодов с одномодовыми, наиболее подходящими для построения чувствительной части. Проведены лабораторные испытания выбранных конфигураций. Выработаны требования к необходимым компонентам. Получены динамические характеристики чувствительных элементов в зависимости от варьируемых параметров при различных способах сварки волоконных световодов.

Ключевые слова: волоконно-оптические датчики, волоконный световод, межмодовая интерференция, многомодовый интерферометр.

Денисов И.В.
Доктор технических наук, профессор, Институт физико-математических наук и информационных технологий Балтийского федерального университета им. И. Канта, г. Калининград, e-mail: igordenisov@inbox.ru.

Ларин Я.А.
Аспирант Института физико-математических наук и информационных технологий Балтийского федерального университета им. И. Канта, г. Калининград, e-mail: igordenisov@inbox.ru.

1. Кульчин Ю.Н. Распределённые волоконно-оптические измерительные сети. – М.: Физматлит, 2001. – 272 с.

2. Denisov I.V., Rybalchenko N.A., Sedov V.A. Fiber-optical phase sensitive surface // Laser Sensing, Imaging, and Information Technologies. Proc. SPIE, 2006. – Vol. 6162. – P. 127–136.

3. Котов, И.О., Лиокумович Л.Б., Хадеев И.И. Операторный метод расчета модового распределения мощности в многомодовом волокне с резкими неоднородностями // НТ ведомости СПбГПУ. – 2008. – № 6. – С. 191–197.

4. Бусурин В.И., Семенов А.С., Удалов Н.П. Оптические и волоконно-оптические датчики // Квантовая электроника. – 1985. – Т. 12, № 5. – С. 901–944.

5. Снайдер А., Лав Дж. Теория оптических волноводов. – М.: Радио и связь, 1987. – 656 с.

6. Обоснование оптимальной конфигурации волоконно-оптического фазово-амплитудного протяженного чувствительного элемента / И.В. Денисов, Я.А. Ларин [и др.] // Радиотехника. – 2023. – Т. 87, № 2. – С. 53–59.

7. Денисов И.В., Лисовский Н.В. Систематизация чувствительных к изгибу волоконных световодов // Прикладная фотоника. – 2023. – Т.10, № 1. – С. 131–148.

8. Расчет параметров макроизгибного отвода оптического излучения из волоконных световодов / И.В. Денисов, Н.В. Лисовский [и др.] // Радиотехника. – 2021. – Т. 85, № 2. – С. 18–26.

Впервые предложен способ регулирования длины микрорезонатора волоконного интерферометра Маха – Цендера (FMZI) в десятки нанометров путем химического травления для миниатюризации системы измерения показателя преломления. Этот процесс травления способен регулировать длину микроструктуры порядка десятков нанометров и достигать высокой точности без использования сложного и дорогостоящего нанопроизводства. Химическое травление открывает микрополость волокна и смещает его резонансную длину волны в красную область со скоростью 3,6 нм/мин при расчетной скорости травления 41,5 нм/мин. Смещение резонансной длины волны микрорезонатора, близкое к длине волны излучения ЛД, достигается за счет такой точной регулировки длины для миниатюризации чувствительной системы. Миниатюрный FMZI экспериментально применяется для измерения показателя преломления растворов этанола. Измеренная передача имеет хорошую линейность относительно показателя раствора, а чувствительность составляет -12,8 дБ для разницы 0,0043 RIU (единицы показателя преломления) в этом исследовании. Миниатюрная индексная система FMZI может быть портативной и работать с высокой скоростью, что хорошо подходит для практического применения в полевых условиях.

Ключевые слова: волоконный интерферометр Маха – Цендера, точная регулировка длины, химическое травление, волоконный датчик.

Цай Шухао
Университет ИТМО, Кронверкский проспект, 49. Санкт-Петербург, 197101, Россия, e-mail: caishuhao@mail.ru.

Сергеев М.
Кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник Института лазерных технологий ИТМО, Санкт-Петербург, Россия, e-mail: mmsergeev@itmo.ru.

Петров А.
Доцент, кандидат технических наук, старший преподаватель, научный сотрудник института лазерных технологий ИТМО, Санкт-Петербург, Россия, e-mail: aapetrov@itmo.ru.

Варжель С.
Доцент, кандидат физико-математических наук заведующий лабораторией научно-исследовательского центра световодной фотоники, доцент института «высшая инженерно-техническая школа», начальник лаборатории записи волоконных брэгговских решеток ИТМО, Санкт-Петербург, Россия, e-mail: svvarzhel@itmo.ru.

Чуаньсян Шэн
Школа электронной и оптической инженерии, Нанкинский университет науки и технологий, Нанкин, 210094, Китай, e-mail: caishuhao@mail.ru.

Ли Ли
Школа электронной и оптической инженерии, Нанкинский университет науки и технологий, Нанкин, 210094, Китай, e-mail: lili@njust.edu.cn.

1. Wang Y. Review of long period fiber gratings written by CO2 laser. Journal of Applied Physics, 2010, vol. 108, no. 8, p. 081101.

2. Li Z., Liao C., Song J., Wang Y., Zhu F., Wang Y., Dong X. Ultrasensitive magnetic field sensor based on an in-fiber Mach-Zehnder interferometer with a magnetic fluid component. Photonics Research, 2016, vol. 4, no. 5, pp. 197-201.

3. Li Z., Liao C., Chen D., Song J., Jin W., Peng G.-D., Zhu F., Wang Y., He J., Wang Y. Label-free detection of bovine serum albumin based on an in-fiber Mach-Zehnder interferometric biosensor. Optics Express, 2017, vol. 25, no. 15, pp. 17105-17113.

4. Lao J., Sun P., Liu F., Zhang X., Zhao C., Mai W., Guo T., Xiao G., Albert J. In situ plasmonic optical fiber detection of the state of charge of supercapacitors for renewable energy storage. Light: Science & Applications, 2018, vol. 7, no. 1, p. 34.

5. Zhao Y., Zhao H., Lv R.-Q., Zhao J. Review of optical fiber Mach-Zehnder interferometers with micro-cavity fabricated by femtosecond laser and sensing applications. Optics and Lasers in Engineering, 2019, vol. 117, pp. 7-20.

6. Shuhao C., Lijing Z., Sergeev M., Dmitriev A., Jiang Y., Petrov A., Varzhel S., Sheng C., Li L. Fiber Mach-Zehnder interferometers fabricated by nanosecond pulses and applications in refractive index sensing. Optics Communications, 2021, vol. 496, p. 127150.

7. Zhou J., Wang Y., Liao C., Yin G., Xu X., Yang K., Zhong X., Wang Q., Li Z. Intensity-modulated strain sensor based on fiber in-line Mach- Zehnder interferometer. IEEE Photonics Technology Letters, 2013, vol. 26, no. 5, pp. 508-511.

8. Raji Y., Lin H., Ibrahim S., Mokhtar M., Yusoff Z. Intensity-modulated abrupt tapered fiber Mach-Zehnder interferometer for the simultaneous sensing of temperature and curvature. Optics & Laser Technology, 2016, vol. 86, pp. 8-13.

9. Wang Y., Shen C., Lou W., Shentu F. Intensity modulation type fiber-optic strain sensor based on a Mach-Zehnder interferometer constructed by an up-taper with a LPG. Optics Communications, 2016, vol. 364, pp. 72-75.

10. Fu Q., Zhang J., Liang C., Ikechukwu I. P., Yin G., Lu L., Shao Y., Liu L., Liu D., Zhu T. Intensity-modulated directional torsion sensor based on in-line optical fiber Mach-Zehnder interferometer. Optics Letters, 2018, vol. 43, no. 10, pp. 2414-2417.

11. Sun X.-Y., Chu D.-K., Dong X.-R., Li H.-T., Hu Y.-W., Zhou J.-Y., Duan J.-A. Highly sensitive refractive index fiber inline Mach-Zehnder interferometer fabricated by femtosecond laser micromachining and chemical etching. Optics & Laser Technology, 2016, vol. 77, pp. 11-15.

12. Wang Y., Yang M., Wang D., Liu S., Lu P. Fiber in-line Mach-Zehnder interferometer fabricated by femtosecond laser micromachining for refractive index measurement with high sensitivity. J. Opt. Soc. Am. B, 2010, vol. 27, no. 3, pp. 370-374.

13. Zhao L., Jiang L., Wang S., Xiao H., Lu Y., Tsai H.-L. A high-quality Mach-Zehnder interferometer fiber sensor by femtosecond laser one-step processing. Sensors, 2011, vol. 11, no. 1, pp. 54-61.

14. Liao Y., Cheng Y., Liu C., Song J., He F., Shen Y., Chen D., Xu Z., Fan Z., Wei X. Direct laser writing of sub-50 nm nanofluidic channels buried in glass for three-dimensional micro-nanofluidic integration. Lab Chip, 2013, vol. 13, no. 8, pp. 1626-1631.

15. Liu X.Q., Chen Q.D., Guan K.M., Ma Z.C., Yu Y.H., Li Q.K., Tian Z.N., Sun H.B. Dry etching assisted femtosecond laser machining. Laser & Photonics Reviews, 2017, vol. 11, no. 3, p. 1600115.

16. Cao X.-W., Chen Q.-D., Zhang L., Tian Z.-N., Li Q.-K., Wang L., Juodkazis S., Sun H.-B. Single-pulse writing of a concave microlens array. Optics Letters, 2018, vol. 43, no. 4, pp. 831-834.

17. Liu X.Q., Yu L., Yang S.N., Chen Q.D., Wang L., Juodkazis S., Sun H.B. Optical nanofabrication of concave microlens arrays. Laser & Photonics Reviews, 2019, vol. 13, p. 1800272.

18. Liu X.-Q., Bai B.-F., Chen Q.-D., Sun H.-B. Etching-assisted femtosecond laser modification of hard materials. Opto-Electronic Advances, 2019, vol. 2, no. 9, pp. 19002101-19002114.

19. Liu X.-Q., Yang S.-N., Sun Y.-L., Yu L., Bai B.-F., Chen Q.-D., Sun H.-B. Ultra-smooth micro-optical components of various geometries. Optics Letters, 2019, vol. 44, no. 10, pp. 2454-2457.

20. NASA’s ‘Salt of the Earth’ aquarius reveals first map, available at: https://www.nasa.gov/mission_pages/aquarius/multimedia/gallery/pia14786. html (accessed 14 August 2023).

21. Liao Y., Wang J., Yang L., Wang S., Chen X. In-situ detection for ocean internal solitary waves based on a miniaturized microfiber-optic salinity sensor. IEEE Sensors Journal, 2020, vol. 20, no. 24, pp. 14836-14842.

В работе рассматривается электродинамическая модель излучения молекул, помещенных в металлическую оболочку. Модель качественно описывает усиление сигнала гигантского комбинационного рассеяния (ГКР) от сферических наночастиц, покрытых тонкой серебряной пленкой. Рассчитано изменение сигнала ГКР в зависимости от толщины нанослоя металла поверх сферических частиц. Излучающий молекулярный диполь взаимодействует с металлической оболочкой и возбуждает поверхностные плазмоны. Плазмонные колебания достигают максимума, когда частота диполя близка к плазмонному резонансу металлической оболочки, а сам диполь находится вблизи плазмонной оболочки. Теоретически показано, что интенсивность вторичного излучения, генерируемого сферическими наночастицами и покрытыми серебряной пленкой толщиной в несколько нанометров, может достигать до шести и более порядков величины. Эффект десятикратного усиления сигнала ГКР экспериментально продемонстрирован на примере большого ансамбля единичных микросфер полистирола со средним диаметром около 300 нм, покрытых нанослоем серебра, которые имеют характерные стоксовые частоты 1001 см^-1, 1602 см^-1. Мы полагаем, что десятикратное усиления комбинационного рассеяния осуществляется за счет электромагнитного механизма усиления.

Ключевые слова: поверхностный плазмон, плазмонный резонанс, металлический резонатор, усиление излучения, гигантского комбинационное рассеяние, полистирольные микросферы.

Сарычев А.К.
Доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник Инстиута теоретической и прикладной электродинамики Российской академии наук, г. Москва, e-mail: sarychev_andrey@yahoo.com.

Иванов А.В.
Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Инстиута теоретической и прикладной электродинамики Российской академии наук, г. Москва, e-mail: sarychev_andrey@yahoo.com.

Быков И.В.
Старший научный сотрудник Инстиута теоретической и прикладной электродинамики Российской академии наук, г. Москва, e-mail: bykov.i.v@yandex.ru.

Шестопалова М.С.
Магистр кафедры физики твердого тела и наносистем Института ЛаПлаз; Инстиута биоорганической химии Российской академии наук, г. Москва, e-mail: shestopalova.milena@gmail.com.

Олейников В.А.
Доктор физико-математических наук, заведующий отделом (Отдел биоматериалов и бионанотехнологий), заведующий лабораторией (Лаборатория молекулярной биофизики), Инстиута биоорганической химии Российской академии наук, г. Москва, e-mail: office@ibch.ru.

Мочалов К.Е.
Доктор физико-математических наук, заведующий отделом (Отдел биоматериалов и бионанотехнологий), заведующий лабораторией (Лаборатория молекулярной биофизики), Инстиута биоорганической химии Российской академии наук, г. Москва, e-mail: mochalov@mail.ru.

Басманов Д.В.
Руководителю центра технологий и микрофабрикации, Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины ФМБА России, e-mail: niifhm@fmbamail.ru.

Прусаков К.А.
Младший научный сотрудник лаборатории прикладных биомедицинских микросистем, Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины ФМБА России, e-mail: niifhm@fmbamail.ru.

1. Present and future of surface-enhanced Raman scattering / J. Langer, D. Jimenez de Aberasturi, J. Aizpurua [et al.] // ACS Nano. – 2019. – No. 14(1). – P. 28–117.

2. Towards practical and sustainable SERS: a review of recent developments in the construction of multifunctional enhancing substrates / C. Li, Y. Huang, X. Li [et al.] // Journal of Materials Chemistry C. – 2021. – No. 35. – P. 11517–11552.

3. A review on surface-enhanced Raman scattering. Biosensors / R. Pilot, R. Signorini, C. Durante, L. Orian, M. Bhamidipati, L. Fabris // Biosensors. – 2019. – No. 9(2). – P. 1–99.

4. Evolving trends in SERS-based techniques for food quality and safety: A review / L. Jiang, M.M. Hassan, S. Ali, H. Li, R. Sheng, Q. Chen // Trends in Food Science & Technology. – 2021. – No. 112. – P. 225–240.

5. How surface-enhanced Raman spectroscopy could contribute to medical diagnoses / A. Szaniawska, K. Mazur, D. Kwarta, E. Pyrak, A. Kudelski // Chemosensors. – 2022. – No. 10. – P. 1–34.

6. Kudelski A., Bukowska J. The chemical effect in surface enhanced Raman scattering (SERS) for piperidine adsorbed on a silver electrode // Surf. Sci. – 1996. – № 368. – P. 396–400.

7. Jiang X., Campion A. Chemical effects in surface-enhanced Raman scattering: Pyridine chemisorbed on silver adatoms on Rh (100) // Chem. Phys. Lett. – 1987. – No. 140. – P. 95–100.

8. Jensen L., Aikens C.M., Schatz G.C. Electronic structure methods for studying surface-enhanced Raman scattering // Chem. Soc. Rev. – 2008. – No. 37. – P. 1061–1073.

9. Plasmonic nanostructures for surface enhanced spectro-scopic methods / M. Jahn, S. Patze, I.J. Hidi, R. Knipper, A.I. Radu, A. Mühlig, S. Yüksel, V. Peksa, K. Weber, T. Mayerhöfer, D. Cialla-May, J. Popp // Analyst. – 2016. – No. 141. – P. 756–793.

10. Local plasmon resonances of hollow metal cylinders used on surface enhanced Raman scattering and surface enhanced second harmonic generation / I.A. Kudelina, T.V. Murzina, B.V. Mchedlishvili, V.A. Oleinikov, A.V. Petukhov, K.V. Sokolov // Physics, chemistry and mechanics of surfaces. – 1992. – No. 7(10). – P. 2474–2480.

11. Surface enhancement of local optical fields and the lightning-rod effect / A.V. Ermushev, B.V. Mchedlishvili, V.A. Oleinikov, A.V. Petukhov // Quantum Electronics. – 1993. – No. 23(5). – P. 435–440.

12. Fukuoka N., Tanabe K. Lightning-Rod effect of plasmonic field enhancement on hydrogen-absorbing transition metals // Nanomaterials (Basel). – 2019. – No. 9(9). – P. 435–440.

13. Probing cytochrome c in living mitochondria with surface-en-hanced Raman spectroscopy / N.A. Brazhe, A.B. Evlyukhin, E.A. Goodilin, A.A. Semenova, S.M. Novikov, S.I. Bozhevolnyi et al. // Sci. Rep. – 2015. – No. 5. – P. 13793.

14. Planar SERS nanostructures with stochastic silver ring morphology for biosensor chips / A.A. Semenova, E.A. Goodilin, N.A. Brazhe, V.K. Ivanov, A.E. Baranchikov, V.A. Lebedev [et al.] // J. Mater. Chem. – 2012. – No. 22 (47). – P. 24530–24544.

15. Surface-enhanced resonance Raman spectra of photochromic crown ether styril dyes, their model chromophores and their complexes with Mg²⁺ / A. Feofanov, A. Ianoul, V. Oleinikov, S. Gromov, O. Fedorova, M. Alfimov, I. Nabiev// Journ. of Physical Chemistry. – 1996. – No. 100 (6). – P. 2154–2160.

16. Multiscale flaked silver SERS-substrate for glycated human albumin biosensing / N.L. Nechaeva, I.A. Boginskaya, A.V. Ivanov, A.K. Sarychev, A.V. Eremenko, I.A. Ryzhikov, A.N. Lagarkov, I.N. Kurochkin // Analytica Chimica Acta. – 2020. – No. 1100 – P. 250–257.

17. Barbillon G., Ivanov A., Sarychev A.K. SERS amplification in Au/Si assymetric dimer array coupled to efficient adsorption of thiophenol molecules // Nanomaterials. – 2021. – No. 11(1521) – P. 1–20.

18. Light concentration by metal-dielectric micro-resonators for SERS sensing / A.K. Sarychev, A. Ivanov, A. Lagarkov, G. Barbillon // Materials. – 2019. – No. 12(103) – P. 1–39.

19. Silicon-silver metasurface based on regular bars as an effective SERS substrate / A. Ivanov, A.K. Sarychev, I. Bykov, I. Boginskaya, A. Lagarkov, I. Ryzhikov, N. Nechaeva, I. Kurochkin // IOP Journal of Physics: Conference Series. – 2020. – No. 1461 (012057) – P. 1–4.

20. Metal-dielectric optical resonance in metasurfaces and SERS effect / A.K. Sarychev, I.V. Bykov, I.N. Boginskaya, A.V. Ivanov, I.N. Kurochkin, A.N. Lagarkov, N.L. Nechaeva, I.A. Ryzhikov // Optical and Quantum Electronics. – 2019. – No. 52 (26) – P. 1–14.

21. In situ surface-enhanced Raman scattering spectroscopy exploring molecular changes of drug-treated cancer cell nucleus / L. Liang, D. Huang, H. Wang, H. Li, S. Xu, Y. Chang [et al.] // Anal. Chem. – 2019. – No. 87 – P. 2504–2510.

22. Guerrini L., Graham D. Molecularly-mediated assemblies of plasmonic nanoparticles for Surface-Enhanced Raman Spectroscopy applications // Chem. Soc. Rev. – 2012. – No. 41 – P. 7085–7107.

23. Fan M., Andrade G.F.S., Brolo G. A review on the fabrication of substrates for surface enhanced Raman spectroscopy and their applications in analytical chemistry // Anal. Chim. Acta. – 2011. – No. 693 – P. 7–25.

24. Ge K., Hu Y., Li G. Recent progress on solid substrates for surface-enhanced Raman spectroscopy analysis // Biosensors. – 2022. – No. 12(941). – P. 1–23.

25. Naik G.V., Shalaev V.M., Boltasseva A. Alternative plasmonic materials: Beyond gold and silver //Advanced materials. – 2013. – No. 25 – P. 3264–3294.

26. Alessandri I., Lombardi J.R. Enhanced Raman scattering with dielectrics // Chemical Reviews. – 2016. – No. 116 (24) – P. 14921–14981.

27. Barbillon G., Ivanov A., Sarychev A.K. SERS amplification in Au/Si asymmetric dimer array coupled to efficient adsorption of thiophenol molecules // Nanomaterials. – 2021. – No. 11 (6) – P. 1521.

28. Light concentration by metal-dielectric micro-resonators for SERS sensing / A.K. Sarychev, A. Ivanov, A. Lagarkov, G. Barbillon // Materials. – 2019. – No. 12 (1) – P. 103.

29. Marx E., Mulholland G.W. Size and refractive index determination of single polystyrene spheres // Journal of research of the National Bureau of Standards. – 1983. – No. 88 (5). – P. 321–338.

30. Cho Y.-S., Shin C.H., Han S. Dispersion polymerization of polystyrene particles using alcohol as reaction medium // Nanoscale Research Letters. – 2016. – No. 11 (46) – P. 1–9.

31. Paine A.J., Luymes W., McNulty J. Dispersion polymerization of styrene in polar solvents. 6. Influence of reaction parameters on particle size and molecular weight in poly(N-vinylpyrrolidone)-stabilized reactions // Macromolecules. – 1990. – No. 23 (12) – P. 3104–3109.

32. Influence of polyvinylpyrrolidone concentration on properties and anti-bacterial activity of green synthesized silver nanoparticles / R. Zein, I. Alghoraibi, C. Soukkarieh, M.T. Ismail, A. Alahmad // Micromachines. – 2022. – No. 13(5) – P. 777.

33. Effect of dispersion solvent on the deposition of PVP-silver nanoparticles onto DBD plasma-treated polyamide 6,6 fabric and its antimicrobial efficiency / A.I. Ribeiro, M. Modic, U. Cvelbar, G. Dinescu, B. Mitu, A. Nikiforov, C. Leys, I. Kuchakova, M. De Vrieze, H.P. Felgueiras [et al.] // Nanomaterials. – 2020. – No. 10 (4) – P. 607.

34. Role of capping agents in controlling silver nanoparticles size, antibacterial activity and potential application as optical hydrogen peroxide sensor / B. Ajitha, Y.A. Kumar Reddy, P.S. Reddy, H.-J. Jeon, C.W. Ahn // RSC Advanced. – 2016. – No. 6 – P. 36171–36179.

35. Optimal algorithm for fluorescence suppression of modulated Raman spectroscopy / M. Mazilu, A.C. De Luca, A. Riches, C.S. Herrington, K. Dholakia // Optics Express. – 2010. – No. 18 (11) – P. 11382–11395.

В работе рассматриваются методы апериодической оптической импульсной дискретизации сигнала в фотонных аналого-цифровых системах. Описывается численное моделирование апериодической выборки и метод восстановления спектрально разреженного сигнала по апериодически выбранным отсчетам. Описанный метод основывается на минимизации l 1 нормы спектрального представления восстановленного сигнала. В результате численного моделирования показано, что с использованием апериодической выборки можно восстановить спектрально разреженный сигнал в полосе 5 ГГц, пользуясь выборкой со средней скоростью 500 Мвыб/с. Также в работе показано, что с использованием оконных функций можно повысить качество восстановления сигнала по псевдослучайным отсчетам.

Ключевые слова: микроволновая фотоника, радиофотоника, compressive sampling, апериодическая выборка, аналого-цифровое преобразование, аналоговый оптический тракт, оптическая обработка сигналов, фотонный АЦП.

Земцов Д.С.
Младший научный сотрудник, Сколковский институт науки и технологий, лаборатория плазмоники, г. Москва, Россия, e-mail: D.Zemtsov@skoltech.ru.

Стариков Р.С.
Профессор, доктор физико-математических наук, руководитель лаборатории оптической обработки информации, Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», кафедра лазерной физики, г. Москва, Россия, e-mail: rstarikov@mail.ru.

1. Valley G.C. Photonic analog-to-digital converters // Optics express. – 2007. – Vol. 15, no. 5. – P. 1955–1982.

2. Стариков Р.С. Фотонные АЦП // Успехи современной радио-электроники. – 2015. – Т. 2015. – С. 3–39.

3. Highly linear broadband photonic-assisted Q-band ADC / D.J. Esman [et al.] // Journal of Lightwave Technology. – 2015. – Vol. 33, no. 11. – С. 2256–2262.

4. Фотонный аналогово-цифровой преобразователь с электронным квантованием и оптической выборкой на скорости до 10 Гвыб/с / М.С. Дадашев [и др.] // Радитехника и электроника. – 2023. – Т. 68, № 2. – С. 188–194.

5. Формирование мультиспектральной последовательности выборки в аналоговом оптическом тракте: возможность автоматизации с помощью цифровой обратной связи / Д.С. Земцов [и др.] // Измерительная техника. – 2023. – № 6. – С. 34–39.

6. Donoho D.L. Compressed sensing // IEEE Transactions on Information Theory. – 2006. – Vol. 52, no. 4. – P. 1289–1306.

7. Граничин О.Н., Павленко Д.В. Рандомизация получения данных и ℓ1-оптимизация (опознание со сжатием) // Автоматика и телемеханика. – 2010. – № 11. – С. 3–28.

8. A lightweight conic solver for second-order cone programming [Электронный ресурс]. – URL: https://github.com/embotech/ecos (дата обращения: 25.08.2023).

9. Photonic compressive sensing with a micro-ring-resonator-based microwave photonic filter / Y. Chen [et al.] // Optics Communications. – 2016. – Vol. 373. – P. 65–69.

В работе продемонстрировано исследование характеристик диссипативных ВКР-солитонов на длинах волн 1,6–1,7 мкм в зависимости от энергии импульсов накачки и добротности внешнего резонатора. В представленной схеме генератора были получены импульсы с частотой повторения 6,54 МГц, в диапазоне энергий 4,3–7,2 нДж. Дифференциальная эффективность перекачки энергии в диссипативные ВКР-солитоны составила порядка 83 % на длине волны 1,66 мкм. Выполнено численное моделирование внешнего резонатора и проведен анализ сжатия импульсов в оптическом волокне с аномальной дисперсией. Показано, что увеличение доли отводимого излучения из внешнего резонатора с 50 до 80 % может увеличить качество генерируемых импульсов.

Ключевые слова: волоконный лазер, оптическое волокно, диссипативный солитон, вынужденное комбинационное рассеяние.

Волоси В.М.
Аспирант Новосибирского государственного университета, инженер-исследователь Лаборатории волоконной оптики Института автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук, г. Новосибирск, e-mail: volosivm@iae.nsk.su.

Жданов И.С.
Кандидат физико-математических наук, младший научный сотрудник Лаборатории волоконной оптики Института автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук, г. Новосибирск, e-mail: zhdanovis@iae.nsk.su.

Коляда Н.А.
Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Лаборатории оптических часов Института лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук, г. Новосибирск, e-mail: n.koliada@mail.ru.

Харенко Д.С.
Кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Лаборатории волоконной оптики Института автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук, г. Новосибирск, e-mail: kharenko@iae.nsk.su.

Бабин С.А.
Доктор физико-математических наук, член-корреспондент Российской академии наук, заведующий Лаборатории волоконной оптики Института автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук, г.
Новосибирск, e-mail: babin@iae.nsk.su.

1. Fiber lasers and their applications / W. Shi [et al.] // Applied optics. – 2014. – Vol. 53, no. 28. – P. 6554–6568.

2. 1700 nm optical coherence microscopy enables minimally invasive, label-free, in vivo optical biopsy deep in the mouse brain / J. Zhu [et al.] // Light: Science & Applications. – 2021. – Vol. 10, no. 1. – P. 145.

3. Yamada M., Lin L.L., Prow T.W. Multiphoton microscopy applications in biology // Fluorescence microscopy. – Academic Press, 2014. – P. 185–197.

4. Noninvasive, in vivo imaging of subcortical mouse brain regions with 1.7 μm optical coherence tomography / S.P. Chong [et al.] // Optics letters. – 2015. – Vol. 40, no. 21. – P. 4911–4914.

5. Roy S., Gord J.R., Patnaik A.K. Recent advances in coherent anti-Stokes Raman scattering spectroscopy: Fundamental developments and applications in reacting flows // Progress in Energy and Combustion Science. – 2010. – Vol. 36, no. 2. – P. 280–306.

6. Stimulated Raman scattering microscopy with a robust fibre laser source / C.W. Freudiger [et al.] // Nature photonics. – 2014. – Vol. 8, no. 2. – P. 153–159.

7. Xu C., Wise F.W. Recent advances in fibre lasers for nonlinear microscopy // Nature photonics. – 2013. – Vol. 7, no. 11. – P. 875–882.

8. Advances of mode‐locking fiber lasers in neural imaging / S. Fan [et al.] // Advanced Optical Materials. – 2023. – Vol. 11, no. 15. – P. 2202945.

9. Fiber chirped pulse amplification of a short wavelength mode-locked thulium-doped fiber laser / C. Li [et al.] // Apl Photonics. – 2017. – Vol. 2, no. 12.

10. Laser-active fibers doped with bismuth for a wavelength region of 1.6–1.8 μm / S.V. Firstov [et al.] // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. – 2018. – Vol. 24, no. 5. – P. 1–15.

11. High power soliton self-frequency shift with improved flatness ranging from 1.6 to 1.78 mkm / T.N. Nguyen [et al.] // IEEE Photonics Technology Letters. – 2013. – Vol. 25, no. 19. – P. 1893–1896.

12. Ma X. Nonlinear effects-based 1.7 μm fiber lasers: A review and prospect // MATEC Web of Conferences. – EDP Sciences, 2023. – Vol. 382. – P. 01028.

13. All-fiber high-power 1700 nm femtosecond laser based on optical parametric chirped-pulse amplification / Y. Qin [et al.] // Optics express. – 2020. – Vol. 28, no. 2. – P. 2317–2325.

14. Generation of Raman dissipative solitons near 1.3 microns in a phosphosilicate-fiber cavity / D.S. Kharenko [et al.] // Optics Express. – 2018. – Vol. 26, no. 12. – P. 15084–15089.

15. Генерация рамановских диссипативных солитонов вблизи 1,7 мкм с синхронной накачкой / В.М. Волоси, И. Жданов, Д.С. Харенко, Н.А. Коляда, С.А. Бабин // Материалы 10-го Междунар. сем. по волоконным лазерам; Новосибирск, 15–19 августа 2022 г. – С. 73–74.

16. Energy scaling of an erbium-doped mode-locked fiber laser oscillator / I.S. Zhdanov [et al.] // OSA Continuum. – 2021. – Vol. 4, no. 10. – P. 2663–2670.

17. Raman dissipative soliton source of ultrashort pulses in NIR-III spectral window / I. Zhdanov [et al.] // Optics Express. – 2023. – Vol. 31, no. 21. – P. 35156–35163.

18. Common pulse retrieval algorithm: a fast and universal method to retrieve ultrashort pulses / N.C. Geib [et al.] // Optica. – 2019. – Vol. 6, no. 4. – P. 495–505.

19. Three key regimes of single pulse generation per round trip of all-normal-dispersion fiber lasers mode-locked with nonlinear polarization rotation / S. Smirnov [et al.] // Optics express. – 2012. – Vol. 20, no. 24. – P. 27447–27453.

20. Coherent artifact and time-dependent polarization in amplified ultrafast erbium-doped fibre lasers / M. López-Ripa [et al.] // Optics & Laser Technology. – 2021. – Vol. 140. – P. 107018.21. Kharenko D.S. Pyofss: Python-based optical fibre system simulator. – Github, 2022. – URL: https://github.com/galilley/pyofss.

22. Evolution of dissipative solitons in a fiber laser oscillator in the presence of strong Raman scattering / A.E. Bednyakova [et al.] // Optics express. – 2013. – Vol. 21, no. 18. – P. 20556-20564.

23. Hollenbeck D., Cantrell C.D. Multiple-vibrational-mode model for fiberoptic Raman gain spectrum and response function // JOSA B. – 2002. – Vol. 19, no. 12. – P. 2886–2892.

24. Исследование параметров диссипативных ВКР-солитонов, генерируемых вблизи 1,7 мкм / В.М. Волоси [и др.] // Фотон-экспресс. – 2023. – № 6 (190). – С. 259–260.

Сделана попытка повторить опыты по передаче морфогенетической информации от материнского организма к каллусной ткани, полученной из этого организма, путем воздействия упорядоченного электромагнитного поля. Упорядоченность поля создана при помощи установки для записи голограммы по схеме Денисюка. В качестве источника излучения использовался He-Ne-лазер с линейно поляризованным излучением с длиной волны 632,8 нм, мощностью менее 1 мВт. Экспланты для воздействия помещали на место фоточувствительной пластинки для записи голограммы. Визуальные наблюдения в течение месяца показали различия в развитии тканей между облученными и необлученными эксплантами. Получены положительные результаты по увеличению интенсивности каллусообразования и стимуляции органогенеза в группе облученных эксплантов эхеверии по сравнению с контрольной группой на 60 %.

Ключевые слова: эхеверия, in vitro культура, каллус, органогенез, голографическая схема Денисюка, морфогенетическая информация, митогенетическое излучение.

Ременникова М.В.
Младший научный сотрудник лаборатории агробиофотоники Пермского федерального исследовательского центра Уральского отделения Российской академии наук, г. Пермь, e-mail: RemennikovaMV@pnppk.ru.

Бурдышева О.В.
Младший научный сотрудник лаборатории агробиофотоники Пермского федерального исследовательского центра Уральского отделения Российской академии наук, г. Пермь, e-mail: burdyshevaolga@gmail.com.

Шолгин Е.С.
Младший научный сотрудник лаборатории агробиофотоники Пермского федерального исследовательского центра Уральского отделения Российской академии наук, г. Пермь, e-mail: Faler01@yandex.ru.

Арапова А.О.
Студентка 1-го курса магистратуры Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Пермский государственный национальный исследовательский университет», e-mail: klekovkina.07@yandex.ru.

1. Будаговский А.В. Дистанционное межклеточное взаимодействие. – М.: Изд-во НПЛЦ «Техника», 2004. – 104 с.

2. Будаговский А.В., Евсеева Р.П. Экспериментальная модель дистанционной передачи морфогенетической информации в системе двух растительных тканей с разной потенцией к дифференцировке // Механизмы действия сверхмалых доз: тез. докл. II Междунар. симп. – М., 1995. – С. 124–125.

3. Москвин С.В. Эффективность лазерной терапии. – М.: Изд-во НПЛЦ «Техника», 2003. – 256 с.

4. Будаговский А.В., Евсеева Р.П., Муратова С.А. Применение голограммы дифференцированного органа для индукции морфогенеза в культуре каллусных тканей плодовых растений // Биология растений in vitro, биотехнология и сохранение генофонда: тез. докл. междунар. конф. – М., 1997. – С. 79.

5. Влияние пространственной структуры электромагнитного поля на эффективность лазерной биостимуляции / Р.К. Саляев, Л.В. Дударева, С.В. Ланкевич, В.М. Сумцова, Ю.Н. Выговский, А.Н. Малов, А.В. Неупокоева, О.О. Тимина, В.С. Фещенко // Медицинская физика: материалы I Евразийского конгресса. – 2001. – № 11. – С. 34.

6. Катаева Н.В., Бутенко Р.Г. Клональное микроразмножение растений. – М.: Наука, 1983. – 97 с.

В настоящее время подводная беспроводная связь реализуется посредством систем на акустических волнах, электромагнитных волнах (радиочастотного и низкочастотного диапазона), магнитной индукции и видимого светового диапазона. В данной статье представлены основные проблемы и ключевые аспекты при разработке беспроводных подводных оптических систем связи. Последнее вызывает значительный интерес со стороны науки, промышленности и экологии как эффективное решение, позволяющее удовлетворить быстро растущие потребности в подводной высокоскоростной передаче данных на больших глубинах. Однако неблагоприятные условия водной среды (поглощение, рассеяние, турбулентность и т.д.) значительно сокращают достижимую дальность связи. Второй серьезной проблемой, ограничивающей функционирование систем беспроводной оптической связи, является сложность совмещения луча передатчика с полем зрения приемника. Рассмотрены два типа соединения между приемником и передатчиком – система с рассеянным излучением (широколучевая) и двухточечная конфигурация (узколучевая). Системы на рассеянном излучении имеют сниженные требования к выравниванию, но заметно проигрывают двухточечным системам по дальности связи и скорости передачи данных. Основные технические решения по юстировке приемника и передатчика в узколучевых системах связи представлены в данной статье.

Ключевые слова: оптическая беспроводная подводная связь, поглощение, рассеяние, оптическая турбулентность, модуляция оптического сигнала, связь на рассеянном излучении, двухточечная связь.

Беличева К.В.
Кандидат физико-математических наук, АО «Центральное конструкторское бюро морской техники «Рубин», Санкт-Петербург, e-mail: ksu55555@mail.ru.

Йонушаускайте Р.С.
АО «Центральное конструкторское бюро морской техники «Рубин», Санкт-Петербург, e-mail: neptun@ckb-rubin.ru.

Павлов С.А.
Кандидат технических наук, АО «Центральное конструкторское бюро морской техники «Рубин», Санкт-Петербург e-mail: neptun@ckb-rubin.ru.

1. Томилин А.К., Лукин А.Ф., Гульков А.Н. Эксперимент по созданию канала радиосвязи в морской среде // Письма в ЖТФ. – 2021. – Т. 47, № 11. – С. 48–50.

2. Бахур В. Россияне создали систему беспроводной связи под водой. Аналогов в мире нет [Электронный ресурс]. – URL: https://www.cnews.ru/news/top/2020-11-10_vmf_rossii_oproboval_podvodnuyu (дата обращения: 24.08.2023).

3. Власов А.А., Родионов А.Ю. Перспективы использования систем подводной коммуникации на основе магнитной индукции (обзор) // Вестник инженерной школы ДВФУ. – 2021. – № 2 (47). – С. 36–49.

4. Леонов В., Медведев Б. Перспективные системы связи на основе гравитационных волн // Морской сборник. – 2023. – № 1. – С. 39–46.

5. Mulholland J., Smolyanivov I. Plasmonic – surface Electromagnetic Wave communication for subsea asset inspection // Sixth Underwater Communications and Networking Conference. – 2022.

6. Фишман Р. Связь на глубине: как субмарины передают сигналы под водой [Электронный ресурс]. – URL: https://www.popmech.ru/weapon/522374-neytrinnye-kommunikacii-kak-reshayut-problemy-so-svyazyu-podlodok/#part0 (дата обращения: 26.08.2023).

7. Долин Л.С. Оптика океана. Т. 1: Физическая оптика океана. – М.: Наука, 1983. – 372 с.

8. Костылев Н.М., Колючкин В.Я., Степанов Р.О. Математическая модель распространения лазерного излучения в морской воде // Оптика и спектроскопия. – 2019. – Т. 127, № 4. – С. 558–562.

9. Мирошникова Н.Е., Петрухин Г.Д., Щербаков А.Ан. Проблемы моделирования гидросферных оптических линий связи // Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов. – 2019. – № 5. – С. 29–39.

10. Performance analysis and design considerations of the shallow underwater optical wireless communication system with solar noises utilizing a photon tracing-based simulation platform / X. Wang, M. Zhang, H. Zhou, X. Ren // Electronics. – 2021. – Vol. 10, no. 632. – 16 p.

11. Noha Anous, Mohamed Abdallah, Murat Uysal Performance evaluation of LOS and NLOS vertical inhomogeneous links in underwater visible light communications // IEEE Access. – 2017. – Vol. ХХ. – 9 p. DOI: 10.1109/ACCESS.2018.2815743

12. Катанович А.А. Актуальные направления повышения эффективности информационного обмена с подводными лодками // Морская радиоэлектроника. – 2023. – № 1.

13. Ширшнев С.П. Особенности создания гидрооптического канала связи для автономных необитаемых подводных аппаратов // Annali d’Italia. – 2022. – № 28. – С. 55–59.

14. LED-based underwater wireless optical communication for small mobile platforms: experimental channel study in highly-turbid lake water / Wei Wei, Chunlei Zhang, Wei Zhang, Wei Jiang, Chang Shu, And Qiao Xiaorui // IEEE Access. – 2020. – Vol. 8. – P. 169304–169313. DOI: 10.1109/ACCESS.2020.3020947

15. Leccese Fabio, Schirripa Spagnolo Giuseppe State-of-the art and perspectives of underwater optical wireless communications // Acta IMEKO. – 2021. – Vol. 10, no. 4. – P. 25–35 (identifier: IMEKO-ACTA-10 (2021)-04-08)

16. Chen Y., Zhang L., Ling Y. New approach for designing an underwater free-space optical communication system // Frontiers Marine Science. – 2022. – Vol. 9. – P. 971559. DOI: 10.3389/fmars.2022.971559

17. Chao Wang, Hong-Yi Yu, Yi-Jun Zhu A long distance underwater visible light communication system with single photon avalanche diode // IEEE Photonics Journal. – 2016. – Vol. 8, no. 5.

18. Mohhamad Al Khalighi, Tasnim Hamza. Underwater wireless optical communications using silicon photo-multipliers // IEEE Photonics Journal. – 2017. – PP (99): 1-1. – 10 p. DOI: 10.1109/JPHOT.2017.2726565

19. A new underwater optical modem based on highly sensitive Silicon Photomultipliers / P. Leon, L. Brignone, J. Opderbecke, M.A. Khalighi // IEEE Photonics Journal. – 2017. DOI 10.1109/JPHOT.2017.2726565

20. Towards power-efficient long-reach underwater wireless optical communication using a multi-pixel photon counter / J. Shen, J. Wang, X. Chen, C. Zhang, M. Kong, Z. Tong, and J. Xu // Opt. Express. – 2018. – Vol. 26, no. 18. – P. 23565–23571.

21. Towards underwater coherent optical wireless communications using a simplified detection scheme / Tang Xinke, Kumar Rupesh, Sun Caiming [et al.] // Optics Express. – 2021. – Vol. 29, no. 13. – P. 19340–19351.

22. Filtered multicarrier OFDM encoding on blue laser diode for 14.8-Gbps seawater transmission / Y. Huang, C. Tsai, Y. Chi, D. Huang, G. Lin // J. Lightwave Technol. – 2018. – Vol. 36, no. 9. – P. 1739–1745.

23. Multilevel polarization shift keying modulation for Turbulence-robust Underwater Optical Wireless Communication / Weijie Liu, Чжанвэй Е., Нуо Хуан, Шан-Бин Ли // Optics Express. – 2023. – Vol. 31(5).

24. Performance analysis of MIMO-EGC system for the underwater vertical wireless optical communication link / Savidhan Shetty C.S., R. Prasad Naik, U. Shripathi, Acharya, Wan-Young Chung // IEEE Access. – 2016. – Vol. 4. – 15 p. DOI: 10.1109/ACCESS.2023.3313931

25. Doniec M., Rus D. BiDirectional optical communication with AquaOptical II // Proc. IEEE Int. Conf. Commun. Syst. – 2010. – P. 390–394.

26. Cellular underwater wireless optical CDMA network: Potentials and challenges / Farhad Akhoundi, Mohammad Vahid Jamali, Navid Bani Hassan, Hamzeh Beyranvand, Amir Minoofar, And Jawad A. Salehi // IEEE Access. – 2016. – Vol. 4. – P. 4254–4268.

27. Diffused-line-of-sight communication for mobile and fixed underwater nodes / Yujian Guo, Meiwei Kong, Omar Alkhazragi, Xiaobin Sun, Mohammed Sait, Tien Khee Ng, Boon S. Ooi // IEEE Photonics Journal. – 2020. – DOI: 10.1109/JPHOT.2020.3030544

28. A 30 Gb/s PAM4 underwater wireless laser transmission system with optical beam reducer/ expander / Wen-Shing Tsai1, Hai-Han Lu, Hsiao-Wen Wu3, Chung-Wei Su2, Yong-Cheng Huang // Scientific Reports. – 2019. – 9:8605.

29. Xiao Chen, Weichao Lyu, Chuying Yu Diversity-reception UWOC system using solar panel array and maximum ratio combining // Optics Express. – 2019. – Vol. 27, no. 23. – P. 34284–34297.

30. Multi-degree-of-freedom for underwater optical wireless communication with improved transmission performance / A. Liu, R. Zhang, B. Lin [et al.] // J. Mar. Sci. Eng. – 2023. – Vol. 11, no. 48. – 12 p.

31. A Review on practical considerations and solutions in underwater wireless optical communication / Xiaobin Sun, Chun Hong Kang, Meiwei Kong, Omar Alkhazragi [et. al.] // Journal of lightwave technology. – 2020. – Vol. 38, no. 2. – P. 421–431.

32. Родионов А.Ю., Щербатюк А.Ф. Перспективы использования оптических систем связи и ориентации в подводной робототехнике // Подводные иccледoвания и робототехника. – 2021. – № 4 (38). – С. 37–49. DOI: 10.37102/1992-4429_2021_38_04_04.

33. Оптико-акустическое устройство наведения для системы подводной беспроводной оптической связи / В.А. Яковлев, А.Г. Журенков, П.К. Шульженко, Л.Ф. Мусин, А.П. Фролов // Оптический журнал. – 2012. – Т. 79, № 10. – С. 91–92.

34. Demonstration of vehicle-to-vehicle optical pointing, acquisition, and tracking for undersea laser communications / N.D. Hardy, H.G. Rao, S.D. Conrad, T.R. Howe, M.S. Scheinbart [et. al.] // Proc. SPIE, Free-Space Laser Communications XXXI. – 2019. – Vol. 10910. DOI: 10.1117/12.2511178.

35. End-to-end performance analysis of underwater optical wireless relaying and routing techniques under location uncertainty / Abdulkadir Celik, Nasir Saeed, Basem Shihada, Senior Tareq Y. Al-Naffouri, and Mohamed- Slim Alouini // IEEE. – 2019. (rangearXiv: 1901.09357v1 [cs.NI]).

36. Кузнецов С., Огнев Б., Поляков С. Система оптической связи в водной среде // Первая миля. 2014. – № 2. – С. 46–51.

37. Machine-vision-based acquisition, pointing, and tracking system for underwater wireless optical communications / Jiaming Lin, Zihao Du, Chuying Yu, Wenmin Ge, Weichao Lu, Huan Deng, Chao Zhang, Xiao Chen, Zejun Zhang, and Jing Xu // ChiNese Optics Letters. – 2021. – Vol. 19, no. 5, 050604. – P. 1–6.