С 01.10.2021г. в структуре НГУ в составе Физического факультета создана лаборатория технологий фотоники и машинного обучения для сенсорных систем Физического факультета. Деятельность лаборатории направлена на разработку новых и адаптацию существующих технологий фотоники для сенсорных систем в агротехнологических приложениях и пищевой промышленности с использованием методов машинного обучения для эффективного анализа извлекаемых данных и поддержки принятия решений.
Результаты деятельности:
1. Исследована новая схема импульсного тулиевого волоконного лазера с перестраиваемой длиной волны с перспективой его применения в качестве источника излучения оптического сенсора;
2. Разработана схема обработки оптических сигналов в приемнике системы связи с поляризационным уплотнением каналов, основанной на полносвязных нейронных сетях с комплекснозначной арифметикой, с перспективой модификации данной схемы для обработки сигналов оптического сенсора.
В результате проведенных в 2021 году научно-исследовательских работ получены два основных научных результата.
1. Выполнено исследование новой схемы полностью волоконного тулиевого лазера, генерирующего пикосекундные импульсы с перестраиваемой в диапазоне ~90 нм длиной волны. Представленные результаты математического моделирования и экспериментальные данные расширяют понимание динамики спектра усиления в сверхбыстрых волоконных лазерах. Наиболее существенным результатом является обоснование определяющей роли уровня возбуждения усиления в управлении длиной волны генерации. В результате изменения уровня обратной связи в резонаторе сверхбыстрого волоконного лазера, легированного тулием, была получена перестройка центральной длины волны излучения в диапазоне от 1873 до 1962 мкм. При этом максимальная энергия выходного импульса равна 1 нДж при мощности накачки 915 мВт, что свидетельствует о дифференциальной эффективности 22 %.
Рассмотренная схема лазера обладает большим потенциалом для практических применений, поскольку является относительно простой и позволяет добиться перестройки длины волны в диапазоне 90 нм. Хотя текущие исследования были сосредоточены на волокнах, легированных тулием, ключевое явление, лежащее в основе предлагаемого метода перестройки длины волны, является общим и может быть перенесено на другие длины волн, где большинство волоконных лазерных компонентов, включая фильтры, в настоящее время недоступны. В частности, это относится к исследованию среднего
ИК-диапазона длин волн, где волокна на основе фторидов, легированные диспрозием и эрбием, также обеспечивают исключительно широкий спектр усиления.
2. Разработана схема обработки оптических сигналов в приемнике системы связи с поляризационным уплотнением каналов, основанная на полносвязных нейронных сетях с комплекснозначной арифметикой. Функция активации разработанной схемы позволяет учитывать нелинейное взаимодействие сигналов с разных поляризационных компонент. Для данной схемы проведено исследование эффективности компенсации нелинейных эффектов в зависимости от параметров нейронной сети: количества обрабатываемых символов на входе и числа нейронов на скрытых слоях. Проведено сравнение эффективности предложенной схемы, линейной схемой и комплексной нейронной сети, которая обрабатывает сигналы с разных поляризаций независимо, и показано превосходство предложенной архитектуры нейронной сети. Предложенная схема может быть использована для компенсации нелинейных искажений в протяженных волоконно-оптических линиях связи с поляризационным уплотнением каналов.
Научное и научно-техническое сотрудничество, в том числе международное.
1. Договор № СЭ300421/1 от 30.04.2021 г. на выполнение научно-исследовательских работ между Новосибирским государственным университетом и ООО «СитиЭйр», Россия.
Тема работы: Исследование новых оптических газоанализаторов и новых методов обработки сигналов.
Период: 2021 г. Сотрудничество заключалось в разработке методов обработки сигналов электрохимических газоанализаторов на основе известных подходов машинного обучения и их модификаций для восстановления концентрации целевых газов. Данные для обработки и постановка задач от партнера, алгоритмы от НГУ.
2. Научное сотрудничество с Институтом фотонных технологий города Лейбница (Германия) в области нелинейной фотоники и лазерной физики. Контрактов и договоров для данного сотрудничества нет.
Тема работы: Исследование новой схемы импульсного тулиевого волоконного лазера с перестраиваемой длиной волны
Период: 2021-2022 г.
Сотрудничество заключается в совместном исследовании новой схемы полностью волоконного тулиевого лазера, генерирующего пикосекундные импульсы с перестраиваемой в диапазоне ~90 нм длиной волны. Экспериментальные работы и постановка задачи от партнера, математическое моделирование и теоретическое исследование от НГУ.
