50 лет кафедре Оптико–электронных систем и дистанционного

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
50 ЛЕТ КАФЕДРЕ ОПТИКО–ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ И
ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ТОМСКОГО
ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА
И.В. САМОХВАЛОВ
sam@elefot.tsu.ru
Кафедра оптико-электронных приборов
(предпосылки рождения)




В мае 1960 г. Открыта лаборатория инфракрасных
излучений в Сибирском физико-техническом
институте при ТГУ.
В этом же году состоялось событие мирового
масштаба - изобретение лазера.
Для реализации перспектив применения лазеров в
различных отраслях науки, техники, в практической
медицине и промышленности необходимы были
специалисты.
Проблему подготовки кадров предстояло решать
кафедре ОЭП, которая была открыта в ТГУ в 1962 году
благодаря настойчивости и организаторскому таланту
Владимира Евсеевича Зуева.
Основатель кафедры
В.Е. Зуев (25.01.1925-06.06.2003) академик
РАН,
герой
Социалистического труда, лауреат
Государственной премии СССР,
кавалер ордена «За заслуги перед
Отечеством» III степени, почетный
директор
Института
оптики
атмосферы СО РАН, почетный
член Американского оптического
общества, член Американского
физического общества, советник
Российской Академии Наук.
Владимир Евсеевич лично возглавлял кафедру с 1970 по 1984 гг..
Выпускники
кафедры
составили
значительный
процент
сотрудников Института оптики атмосферы СО РАН, открытого по
инициативе В.Е. Зуева в 1969 году в г. Томске. Школа академика
В.Е. Зуева успешно работает в области оптики атмосферы и
спектроскопии.
Кафедра оптико-электронных приборов
(предпосылки рождения)
Павильон на берегу р. ТОМЬ.
Территория ионосферной станции.
Выносной пункт, 1.0 км.
Потаповы лужки.
Коллектив кафедры оптико-электронных
приборов (ОЭП)
Первым заведующим кафедрой с 1962 по
1969 гг. был Сергей Стефанович Хмелевцов.
Его научные интересы связаны с изучением
распространения лазерного излучения в
атмосфере. Сергей Стефанович впервые в
Томске начал исследования взаимодействия
мощного лазерного излучения с каплями
туманов и облаков с целью их разрушения. В
1962 г. защитил кандидатскую диссертацию,
а в 1972 г. - диссертацию на соискание
ученой
степени
доктора
физикоматематических наук.
В конце семидесятых годов (прошлого века) Сергей Стефанович
переехал в Обнинск (Калужская обл.), работал заведующим
лабораторией НПО «Тайфун», организовал
компанию
«Эридан –1» и до последних дней своей жизни (16.05.2005г.)
занимался разработкой и производством приборов для
экологической диагностики атмосферы.
Коллектив кафедры ОЭП
Первыми преподавателями кафедры ОЭП были Б.А. Антипов,
Б. П. Кошелев, А. В. Соснин, В. В. Соколов, В.М. Сазанович.
Б.А. Антипов
Борис Алексеевич Антипов работал с момента
открытия кафедры ОЭП до ухода на пенсию:
старшим преподавателем, а после защиты
диссертации в 1965 г. – доцентом кафедры.
Внес огромный вклад в организацию учебной,
методической и научной работы на кафедре.
С 1970 по 1984 гг. он фактически исполнял
обязанности зав. кафедрой. Им были
разработаны,
подготовлены
лекции
и
поставлены лабораторные работы по 3
оригинальным спецкурсам лекций «Оптикоэлектронные приборы», «Оптико-электронные
системы», «Фотометрия» для студентов
старших курсов кафедры.
Борис Алексеевич вел большую общественную работу: работал в
методической комиссии и Совете факультета.
Кафедра ОЭС и ДЗ
С 1985 по 1990 гг. заведующим кафедрой был
профессор, д.ф.-м.н. Василий Васильевич Фомин.
По его предложению кафедра сменила своё
наименование.
Смена
названия
не
была
формальной. Объединение ИОА СО АН СССР и
СКБ научного приборостроения «Оптика» стало к
тому времени ведущей фирмой по атмосфернооптическим исследованиям не только у нас в
стране, но и за рубежом. Широко внедрялись
комплексы
по
лазерному
дистанционному
зондированию. Все это требовало более широкой
и
углубленной
подготовки
студентов,
значительная часть которых направлялась на
работу в ИОА и СКБ.
Кафедра требовала развития своей материальной базы. При
финансовой поддержке ИОА были созданы небольшой
вычислительный
центр
и
голографическая
учебная
лаборатория.
Научные исследования
(стадия становления)
В.В. Покасов
Научные исследования
(стадия становления)
И.В. Самохвалов
В.В. Горбачевский
Б.А. Савельев
Е. Васильев
Научные исследования
(стадия становления)
В.Я. Съедин
Научные исследования
(стадия становления)
А.В. Соснин
Научные исследования
(стадия становления)
Л.К. Чистякова
Выпускники кафедры



За 50 лет кафедра подготовила 581 специалиста. Из них 34
стали докторами, а 64 - кандидатами наук.
На кафедре выполнены и защищены 6 докторских, 43 канд. дисерт.
Среди выпускников кафедры – ректор ТГУ (1983 - 1992)
Ю.С. Макушкин; главные конструкторы Г.С. Гришаев и
Е.И. Крутских; заместители директоров академических
институтов СО РАН (в разные годы) И.И. Ипполитов,
В.Я. Фадеев, В.В. Покасов, Г.М. Креков, А.А. Землянов,
И.А. Суторихин; зав. отделом ИФП СО РАН П.А. Бохан; зав.
каф. В.И. Букатый и И.В. Самохвалов; капитан I ранга (в
отставке) Н. Ф. Аверьянов. Лауреатами Госпремии СССР
стали И.В. Самохвалов; Ю.Д. Копытин, В.В. Покасов,
Г.С.
Гришаев;
Заслуженным
конструктором
РФ
Г.С. Гришаев; Заслуженными деятелями науки РФ Ю.С. Макушкин и И.И. Ипполитов. Премии Ленинского
комсомола получили В.В. Колосов, Б.А. Тихомиров, Н.Н
Бочкарев.
В.С.
Шаманаев
награжден
Федерацией
космонавтики РФ медалью им. Ю. А. Гагарина.
Образовательная деятельность кафедры
Партнеры кафедры в подготовке студентов
Институт оптики атмосферы СО РАН;
Сибирский физико-технический институт
при ТГУ;
Институт мониторинга климатических и
экологических систем СО РАН;
Институт сильноточной электроники СО
РАН.
Базовые институты
Институт оптики атмосферы СО РАН
Создан в 1969 г. Основные научные направления деятельности:
•
Атмосферная оптика и спектроскопия, распространение
оптического излучения в атмосфере Земли и других планет.
•
Оптические исследования атмосферных процессов.
•
Оптико-электронные системы и оптические технологии
диагностики окружающей среды.
Базовые институты
Институт мониторинга климатических и экологических
систем СО РАН
В 1971 г. организован как СКБ НП «Оптика»,
в 1992 г. переименован в КТИ «Оптика»,
в 1997 г. – в ИОМ СО РАН, затем – ИМКЭС
СО РАН.
Научные направления института:
 новые технологии, методы и средства
атмосферных и экосистемных наблюдений;
 мониторинг и прогнозирование
региональных климато-экологических
изменений;
 устойчивое развитие социальных экологоэкономических систем.
Направления опытно-конструкторских работ:
• эколого-метеорологические приборы и оборудование;
• оптические приборы и технологии;
• биомедицинские приборы и инструменты.
КАФЕДРА СЕГОДНЯ
СТРУКТУРА
Научно-исследовательская лаборатория лазерного зондирования
(зав. лаб. – проф. И.В. Самохвалов). Открыта в 2009 г.
Учебно-научная лаборатория оптической обработки информации
(зав. лаб. – доц. В.В. Демин). Открыта в 2010 г.
Филиалы кафедры в ИОА СО РАН и ИМКЭС СО РАН
Профессорско-преподават. коллектив -18 человек, в том числе:
шесть профессоров (чл. -корр. РАН М.В. Кабанов, И.В. Самохвалов,
В.Т. Калайда, П.П. Гейко, В.А. Донченко,
Е.Е. Слядников);
восемь доцентов (В.В. Демин, С.М. Бобровников, Л.А. Больбасова,
Е.В. Горлов, А.А. Землянов, А.И. Елизаров, И.Г. Половцев, Г.В.
Симонова),
двух старших преподавателей (В.В. Брюханова, Н.С. Кириллов);
двух ассистентов (А.С. Ольшуков, А.А. Дорошкевич).
Образовательная деятельность кафедры




Кафедра участвует в подготовке студентов РФФ по
направлениям «Радиофизика (010800)»,
«Оптотехника (200200)», «Фотоника и
оптоинформатика (200600)», «Радиотехника
(210300)»;
по специальностям «Радиофизика и электроника
(010801)», «Оптико-электронные приборы и
системы (200203)», «Лазерная техника и
лазерные технологии (200201)».
Кафедра выпускает бакалавров и магистров по
направлению «Оптотехника (200200)» и
специалистов по специальности «Оптикоэлектронные приборы и системы (200203)»
Ведёт подготовку аспирантов и докторантов
по специальности 01.04.05-оптика.
Научная деятельность кафедры
Благодаря тесному взаимодействию с
Томскими академическими институтами на
кафедре ведутся исследования по многим
научным направлениям:







Оптика атмосферы
Лазерное зондирование природной среды
Когерентная и нелинейная оптика
Оптическая голография
Адаптивная оптика
Оптико-электронные приборы и системы
Обработка изображений и анализ сцен
ЛАЗЕРНОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ
рук. проф. И.В. Самохвалов
Уникальный высотный поляризационный
лидар ТГУ (рег. № 06-21)
Энергия импульса на λ=532 нм – 400 мДж;
Частота повторения импульсов – 10 Гц;
Длительность импульса – 7 нс;
Количество приёмных каналов – 2.
Высотный поляризационный лидар ТГУ

Научные исследования на «ЛИДАРЕ» относятся к
приоритетному направлению науки и техники:
«Экология и рациональное природопользование».
Задачи:
 Оптические характеристики аэрозоля в тропосфере и
стратосфере;
 Микроструктура фонового аэрозоля средней атмосферы;

Матрица обратного рассеяния кристаллических облаков;

Влияние внешних физических полей на ориентацию
кристаллов перистых облаках;
 Волновые процессы в атмосфере;
 Стратосферный аэрозоль;
 Глобальный перенос аэрозолей, поступающих в среднюю
атмосферу вследствие крупных природных и техногенных
катастроф и ряда других.
Высотный поляризационный лидар ТГУ


В первые получены количественные данные о
параметрах ориентации кристаллических частиц в
облаках верхнего яруса, которые крайне важны для
создания адекватной оптической модели, учитывающей
анизотропные свойства рассеивающей среды, состоящей из
ансамбля преимущественно ориентированных частиц.
Установлено: в перистых облаках в 85–90% случаях
присутствуют ансамбли кристаллов ориентированных
«большими диаметрами» преимущественно в горизонт; на
некоторую долю крупных кристаллических частиц вытянутых
форм в облаках верхнего яруса, действует механизм
(предположительно: пульсации ветра) ориентирующий их в
азимутальном направлении.
Многократное рассеяние в лидарном сигнале
Научный руководитель – ст. преп. каф. ОЭС и ДЗ,
В.В. Брюханова
ЛИДАРНЫЙ МЕТОД ОБНАРУЖЕНИЯ
ПАРОВ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ
В АТМОСФЕРЕ
Научный руководитель:
выпускник кафедры,
доцент Бобровников С.М.
Схема лидарного обнаружителя ВВ
LIDAR (англ. Light Identification, Detection
And Ranging) – лидар, лазерный локатор.
Фрагментация и обнаружение фрагментов
Лидар для дистанционного обнаружения паров взрывчатых
веществ в атмосфере на основе лазерно-индуцированной
флуоресценции
Оптическая голография
Научный рук., доцент В.В. Демин
Голографическое изображение байкальского
планктона (размеры 100-200 мкм)
Цифровая голография частиц
Учебно-научная лаборатория оптической
обработки информации
Преподаватели: Демин В.В., Половцев И.Г.,
Ольшуков А.С.
Аспиранты: Каменев Д.В., Козлова А.С.,
Давыдова А.С.
Студенты: Загний Т.С., Федорова А.



Устойчивые творческие контакты с
российскими (ЛИН СО РАН, ИО РАН,
ВНИРО и др.) и зарубежными коллегами
(Абердинский университет, Университет
Джонса Хопкинса), работающими в
данной тематике
Более 120 публикаций, 4 авторских
свидетельства и патента
Проекты РФФИ, проекты в рамках ФЦП
«Кадры», АВЦП и др.
Комплексы методов, аппаратных и программных
средств для лазерной цифровой голографии частиц
Области применения






Рациональное природопользование, океанология,
гидробиология, диагностика и охрана окружающей
среды, экология
Подводная голография планктона
Изучение оседающих частиц, например в местах
подводной добычи полезных ископаемых
Исследования процессов в лабораторных и
натурных аэрозолях (туманы, облака, осадки)
Исследование дисперсных сред в технологических
процессах (горение, распыл форсунки, топливный
впрыск и т.п.);
Контроль и оптимизация работы промышленных
фильтрующих устройств с целью уменьшения
промышленных выбросов в атмосферу
Обработка изображений и анализ сцен
Научный рук. профессор В.Т. Калайда
Система идентификации
Одним
из
наиболее
перспективных
направлений
исследований в области создания высоконадежных систем
защиты от несанкционированного доступа является
разработка методов идентификации личности на основе
морфологического анализа и интегральных характеристик
формы изображения.
1. Калайда В.Т. Соловьев Б.А., Елизаров А.И. Программный комплекс
идентификации человека по полутоновому изображению «Observer».
Отраслевой фонд алгоритмов и программ Минобрнауки РФ 10.10.2006
№ 7026. № гос. регистрации 50200601792.
2. Калайда В.Т. Шевцова О.О. Пакет прикладных программ
морфологических операторов для коррекции полутоновых изображений
«Morf». Отраслевой фонд алгоритмов и программ Минобрнауки РФ
11.10.2006 № 7035. № гос. регистрации 50200601801.
Пользовательский интерфейс системы
идентификации
Система распознавания и видеонаблюдения
Калайда В.Т. Соловьев Б.А., Елизаров А.И. Распределенная система безопасности «ЛИК». // Известия Томского
политехнического университета. – 2008. - Т. 313. – № 5. - С. 110–116
Исследования в области фемтосекундной оптики
Профессор В.А. Донченко, доц. Алексей А. Землянов
Исследование многофотонной лазерноиндуцированной
флуоресценции
в
аэрозольных частицах с органическими
флуорофорами
при
воздействии
фемтосекундных лазерных импульсов.
Теоретически и экспериментально показано,
что
пороговое
значение
интенсивности
лазерного
импульса,
необходимое
для
возбуждения суперлюминесценции капель с
красителем, обратно пропорционально корню
квадратному из его длительности:
IL p
Лазерная генерация в
шепчущей галерее
Va
L  k

2
(2)
(2)

c8   t p CB k Vk
Исследование возможности повышения эффективности
микроизлучателя за счет внедрения наночастиц
в активную среду
Повышение выхода люминесценции за счет агломерации наночастиц Ag
Исследование периодически-поляризованных
сегнетоэлектрических структур с улучшенными нелинейнооптическими характеристиками
Научный рук. профессор П.П. Гейко
Установлено,
что
периодически
поляризованные
структуры
из
кристаллов LiNbO3, KTiOPO4, LiTaO3,
CsTiOAsO4,
KNbO3,
KTiOAsO4,
RbTiOAsO4,
RbTiOPO4
имеют
эффективность нелинейно-оптического
преобразования излучения до 9 раз
выше в сравнении с пространственно
однородными
нелинейными
материалами того же типа.
Адаптивная оптика
Научный руководитель –
зав. лабораторией когерентной и
адаптивной оптики ИОА СО РАН,
д.ф.-м.н., профессор,
выпускник кафедры В.П. Лукин
Награжден премией и медалью
им. Галилео Галилея
Международной комиссии по
оптике, медалью им. С.П.
Королева Федерации
Космонавтики России. Занесен в
Золотую Книгу Международной
комиссии по оптике.
Доцент Л.А. Больбасова,
аспирант М. Туев
Адаптивная оптика
Адаптивная оптика — раздел физической оптики, изучающий
методы устранения нерегулярных искажений, возникающих при
распространении света в неоднородной среде, с помощью
управляемых оптических элементов.
Основные задачи адаптивной оптики - это повышение
предела разрешения наблюдательных приборов, концентрация
оптического излучения на приемнике или мишени и т.п.
Адаптивная оптика находит применение в конструировании
наземных астрономических телескопов, в системах оптической
коммуникации, в промышленной лазерной технике, в офтальмологии
и пр., где позволяет компенсировать, соответственно, атмосферные
искажения, аберрации оптических систем, в том числе оптических
элементов глаза человека.
Схема атмосферной адаптивной коррекции
Адаптивная оптика работает в замкнутой цепи обратной
связи: датчик волнового фронта (ВФ) измеряет отклонения ВФ
от идеального и подает соответствующие команды на
корректор ВФ.
Основные функции магистратуры
(А.А. Шехонин, В.А. Тарлыков «Оптика и образование 2008»)




- использовать научно-педагогический потенциал вуза,
привлекать новые кадры из НИИ, высокотехнологичных фирм,
вести НИР силами магистрантов;
оперативно и гибко реагировать на потребности рынка труда на
основе индивидуализации магистерских программ и подготовки
специалистов с углубленной фундаментальной (научной)
подготовкой;
- способствовать повышению эффективности аспирантуры и
подготовки специалистов высшей квалификации (кандидатов,
докторов наук) на основе создания научных заделов, в том числе
для воспроизводства кадров вузов;
- обеспечить эффективный механизм развития университета
(факультетов, кафедр) через подготовку
высококвалифицированных кадров (исследователей,
разработчиков) для завоевания конкурентных позиций на
отечественном и зарубежном рынках труда.
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!