Не прошло и трех лет с момента основания в Нижегородской области Национального центра физики и математики (НЦФМ), специализирующегося на фундаментальных и прикладных науках в сферах ИИ, астрофизики, суперкомпьютеров, квантовых и ядерных технологий, а результаты его исследований уже поражают. Но это логично, ведь проект основан ведущими научными центрами РФ, такими как Министерство науки и высшего образования России, МГУ, РАН и другими, при поддержке госкорпорации «Росатом».
В чем фокус?
За столь краткое время совместной работы они добились потрясающих результатов во многих областях, в том числе в компенсации фокусировки влияния атмосферных искажений на лазерное излучение. Это большая проблема и целое направление научной работы, так как атмосфера — один из ключевых факторов ухудшения качества изображения в оптических системах. Это обусловлено астрономической рефракцией — свойством атмосферы искажать распространяемое излучение посредством его рассеивания, поглощения или отклонения, а также ее способностью менять электромагнитное состояние, вызывая такие эффекты, как ионизация воздуха и электрические пробои.
Для решения проблемы велось много исследований, в том числе изучалось влияние случайных фазовых набегов и атмосферной турбулентности на параметры светового поля в фокусируемой плоскости. Но результат был недостижим обычным методом, при котором для фокуса лазера и компенсации атмосферных искажений использовались универсальные процессоры, обрабатывающие поток изображений последовательно. Они хоть и производительные и подходят для многих целей, но быстродействие такой оптики в конкретных задачах оказывается не самым рекордным. И до недавнего времени это был лучший вариант, который, к слову, до сих пор используется за рубежом.
Но российские специалисты решили использовать для этих целей принципиально новую для адаптивных оптических систем технологию — программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС), работающие по принципу, похожему на алгоритм видеокарты.
«Результат, который получен применительно к атмосферной оптике, прямо касается задачи максимально острой фокусировки излучения в Центре исследований экстремальных световых полей. Новый подход позволил нам достигнуть до 4 кГц в экспериментах в закрытом пространстве, на 200-300-метровой павильонной трассе. А в условиях реальной трассы до космического аппарата мы достигли быстродействия больше 2 кГц, что представляет интерес, например, в получении чётких изображений в ходе астрономических наблюдений», — комментирует научный руководитель НЦФМ, сопредседатель направления НЦФМ «Физика высоких плотностей энергии», академик РАН Александр Сергеев.
Не одной астрономией
Ранее такая высокая точность фокусировки лазеров в разных средах без потерь считалась недостижимым результатом. Однако это не единственное преимущество системы, области ее применения самые разные, и номенклатура изделий, которые можно получить с ее помощью, просто колоссальна — от систем связи и фундаментальных исследований оптики до реальных образцов лазеров.
«Процесс идет благодаря взаимодействию световых импульсов лазерного излучения, которыми представлена информация. Такой вычислитель будет быстро решать задачи определенного класса», — Владимир Воеводин, член-корреспондент РАН, директор филиала «МГУ Саров», директор Научно-исследовательского вычислительного центра МГУ.
А НЦФМ продолжает развиваться. На ближайшие 10 лет на его территории запланировано возведение целой системы корпусов и лабораторий, а также установок как класса «миди-сайенс», так и «мегасайенс», первая из которых должна заработать к 2030 году. В ней уже будут использованы эти высокоскоростные оптические системы. Ожидается, что с ее помощью можно будет приблизиться к пониманию поведения материи в необычных, ранее не наблюдаемых условиях.
В установке класса «мегасайенс» мы должны задать волновые фронты всех двенадцати каналов лазерного излучения так, чтобы они, сойдясь в одной точке, дали максимум интенсивности», — Александр Сергеев.
Помимо основной цели — научных исследований как таковых, учредители проекта преследовали и другую. Это воспитание наилучших кадров высшей квалификации, в первую очередь для предприятий самого «Росатома», а также для других ключевых научных организаций РФ.
Подписывайтесь, чтобы не пропустить новые публикации!
Читайте также:
Материал создан при поддержке проекта SFERA
