Category: технологии

Category was added automatically. Read all entries about "технологии".

Славянке скучно

Новейшие достижения в области лазерной фотоники

Новейшие достижения в области лазерной фотоники

C 24 по 27 июня 2019, в Мюнхене прошла выставка достижений в области лазерной фотоники (Laser World of Photonics). За минимум 54€ в день, или 105€ за долгосрочное посещение в течение недели, посетителям предлагалось ознакомится с новшествами в области лазеров и оптоэлектроники, оптики, биофотоники и медицинской техники, и множеством новейших оптических и лазерных технологий для всевозможных точных измерений, освещения, безопасности.

На сегодняшний день, оптику и лазерную технику выделяет серьёзность и следование уже сложившимся традициям, и в отличии от быстро меняющихся технологий других областей, как например искусственного интеллекта или обработки данных. Однако, разработки в области фотоники не так хорошо известны широкой публике. Конечно, нас можно порадовать появлением новых портативных сенсоров для нашего смартфона, но до появления новинки никто не фантазирует на счет возможных функций. Их появление воспринимается как приятное дополнение. Скорее всего мы более подвержены обсуждению вклада инновации в нашу социальную сферу.

Поэтому, в то время как мы бурно обсуждаем преимущество или опасность Искусственного Интеллекта, встроенного в алгоритм Facebook или автономно-управляемый автомобиль, где-то совсем незаметно происходит прорыв в области флуоресцентной микроскопии.

В этом 2019 году количество посетителей выставки снова выросло, приближаясь к 33 000. Выросло и количество презентаций. Но что действительно заставило удивиться даже самих организаторов выставки – возросшее число качественных инноваций! Так, в традиционном призовом фонде выставки вместо одной номинации пришлось сделать три, ибо слишком сложно было сделать выбор в пользу чего-то одного.

И так, что же явилось в этом году качественных скачком в области фотоники и какие три разработки участвовали в номинации.

В номинации Био-фотоника и Медицинская техника, представлен фазовый фемто-секундный лазер для использования в три-фотона-микроскопии от немецкой фирмы Cycle GmbH. Эта фирма находится в Гамбурге и разработала этот достаточно необычный прибор, назвав его Soprano. С помощью него можно заглянуть внутрь живой материи, примерно на глубину одного миллиметра. То есть не нужно резать, убивать… смотри себе на процессы без вреда животным и растениям! Действие прибора намного гуманнее – мы выбираем место на теле или органе, вводим туда специальный краситель (наивно полагая его абсолютную безвредность), и светим на него электромагнитным излучением, возбуждая электроны частиц красителя. Когда через несколько наносекунд электрон в частицах красителя возвращается на свой исходный уровень, выделяя фотон, создается излучение в частицах красителя, которое и направляется в наш прибор-микроскоп. Таким образом следуя «свету» от красителя, мы можем наблюдать перемещение (окрашенной) жидкости в тканях. Однако, точность такого прибора не особенно высокая, ибо в фокус попадают множество соседних источников изучения, не связанных с введённым в ткани красителем. Инновация же от фирмы Cycle GmbH состоит в том, чтобы использовать излучение ни одной длины волны, а сразу нескольких, да так чтобы две или лучше три разные длины волны отправляли электрон окрашенной жидкости на тот же самый возбуждённый уровень. Тогда, и интенсивность облучения возрастает, и вероятность поглощения фотона возрастает с квадратичной зависимостью от интенсивности, то есть с трёх длин волн мы имеем девятикратное (32) увеличение точности, а это значит что в фокус нашего микроскопа попадают в 9 раз больше желаемых фотонов, находящихся в вспомогательной окрашенной нами жидкости, чем от не желаемых спонтанных фотонов. В дополнение, прибор Soprano, использует для возбуждения лазеры длин волн 1.3 и 1.7 микрометров, на которых вода не поглощает, позволяя излучению пройти более длинный путь в тканях.

В категории «Лазеры и Оптоэлектроника для освещения и энергетики» был представлен прибор MultiHarp 150 от берлинской фирмы PicoQuant GmbH. Это прибор для детектирования отдельных фотонов коррелированных во времени (Time-correlated single photon counting, TCSPC) … Ну, совсем не понятно кому нужно считать отдельные фотоны! Однако техника TCSPC одна из основных для Флуоресцентной микроскопии. При этом объект исследования подвергают короткими лазерными импульсами. Далее объектом исследования становятся не сами фотоны, а время, которое требуется возбужденным электронам материи для обратного перехода в нормальное состояние. Подобно атомному распаду, это время назвали флуоресцентным распадом. По показаниям распада строится трёхмерная карта по поверхности объекта облучения. Прибор MultiHarp имеет чувствительность измерения до 80 пикосекунд - с такой скоростью свет проникает на расстояние до 2.5 сантиметров, и в живой материи можно получать карту менее чем за секунду. А это значит что можно буквально наблюдать жизненные процессы клеток при условии что из длительность превышает этот интервал хотя бы в несколько раз - для получение движущейся картинки. Вот по этой ссылке можно найти более чем полное объяснение технологии: Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy (FLIM) и посмотреть как выглядит изнутри относительно живое яблоко…

Далее пошли! В номинации “Сенсорика” была представлена система распознавания образов XperYenZ фирмы TrimaniX GmbH. На первый взгляд очень тривиальная система, из обычной индустриальной камеры инфракрасного проектора, помогающая роботам выхватывать определенный предмет из кучи хаотических предметов. Однако инновационная идея состоит в том, что целевой предмет опознается не по отражению от него, а по целому набору оптических свойств каждой из 2000 заданных точек на поверхности объекта. Диффузное рассеяние и объемное рассеяние, как лишь несколько параметров определяющих профиль излучения каждой точки - все измерения поступают для оценки в особый алгоритм, основанный на принципе простого алгоритма оценки расстояний… Компания отказалась давать более подробную информацию насчёт технологии, что несколько обескураживает в случае присвоения номинации. Как мне кажется, закрывай не закрывай ты свои технологии, все равно они станут доступны, и нужно разрабатывать все время что-то новенькое. Но фирма обещает что с помощью прибора можно распознавать не только форму и цвет, но и материал предмета, ибо в основу вычислений также закладывается модель параметров различных материалов и их отражающих свойств. Фирма так же обещает что их технология позволяет расширить границы существующих систем в случае прозрачных предметов, как например целлофановые пакеты. В списке обещаний для технологии также распознавание жестов.

Было так же представлено практическое решения в категории «Лазеры и Лазерные системы» для сварки микро-структур от фирмы Thrumf GmbH. На зелёной волне 515 nm их TruDisk 1kW лазера с высокой точностью фокусировки можно быстро сварить две медные поверхности, независимо от степени окисления. Высокая фокусировка позволяет сделать сварку даже 50-микрометрового кабеля. А благодаря специальному кристаллу, позволяющему разложить 1030 nm инфракрасное излучение на две составляющие по 515 nm, удалось сделать технологию сварки приемлемой для долгосрочного бесперебойного применения на продукционных линиях.

И наконец в категории «Оптика для производства Оптики»,фирма Nanoscribe GmbH представила несколько своих уникальных микролинз и дифракционных-оптических элементов, сделанных по технологии Полимеризации Двух Фотонов (Two-photons Polymerization). С помощью этой технологии производиться точечное уплотнение внутри жидко-кристаллических материалов, с образованием очень точных наноструктур. Например для бездефектных литографических шаблонов.

Большой популярностью на выставке так же пользовалась система воспроизведения трехмерных объектов внутри прозрачного цилиндра, создающее впечатления систем телепортации из Звёздных Войн... Ох и не помню я как фирма та назвалась...!

В заключение хочу напомнить что следующая выставка LASER World of PHOTONICS состоится  с 21. по 24. Июня 2021 на просторах Messe München. А следующий World of Photonics Congress  пройдёт с 20. по 24 Июня 2021.