Если бы в распоряжении зодчих Пизанской башни были современные оптоволоконные датчики, знаменитая 55-метровая колокольня ни на йоту бы не отклонилась от идеальной вертикали. И это было бы весьма печально – человечество лишилось бы одного из архитектурных чудес света.
Впрочем, Пизанская башня тем и хороша, что она уникальна. Нынешние проектировщики предпочитают, чтобы их театры, мосты и небоскребы стояли прочно. И в этом им могут помочь технологии, созданные сибирскими учеными.
Все началось почти двадцать лет назад, когда несколько молодых сотрудников Института автоматики и электрометрии СО РАН решили организовать малое предприятие. Время было суровое, 90-е годы, наука не финансировалась, ученые искали возможности выжить – кто в коммерции, кто за границей. Молодые сотрудники ИАиЭ нашли свой способ. Слово «инновации» тогда было не в ходу, но иначе то, чем они занимались, не назовешь. Поскольку у себя в институте ребята имели дело с лазерными технологиями, то решили и в МП делать лазеры, но уже не для исследований, а на продажу. Главным образом – для производства голографических наклеек, однако случались заказы и поинтереснее. Однажды, например, пришлось участвовать в крупном европейском проекте «Лазерная звезда». Суть проекта в том, что с помощью лазерного луча в небе действительно создается нечто вроде искусственной звезды – специально для настройки телескопов.
Впрочем, зарубежные заказы поступали нечасто, а российский рынок год от года все больше сворачивался и сужался, и вскоре наши инноваторы поняли, что привычная лазерная тема себя исчерпала. Надо было искать новые точки приложения сил.
Открывая свое дело в начале 90-х, они отталкивались от того, что сами умели и могли предложить. Теперь, имея опыт работы в бизнесе, они уже знали, что логика действий должна быть обратной – не что ты готов дать рынку, а что рынок хочет от тебя получить. Это было время бурного развития связи, Интернета, оптоволоконных сетей.
- Три вещи: связь, лазеры и сенсоры на основе оптических волокон, - уже в конце 90-х стало ясно, что именно за этими технологиями будущее, поскольку они ориентированы на широкий рынок, - говорит заместитель директора ИАиЭ доктор физматнаук Сергей Бабин. – Именно здесь можно производить не просто уникальные, единичные приборы, а продукты, рассчитанные на массовый спрос. И если потребности в Интернете были достаточно быстро удовлетворены и мы на этот «поезд» уже не успевали, то с оптоволоконными лазерами и сенсорами мы угадали и оказались в этом направлении в числе лидеров.
Как известно, оптоволокно служит для прямой передачи светового сигнала, что называется, из пункта А в пункт Б. Но если вдоль световода нанести штриховые линии – так называемую брэгговскую решетку, то с её помощью светом можно управлять: отражать, преломлять, переводить из сердцевины волокна в оболочку или другой световод. А если сердцевину «усилить», легируя такими элементами как эрбий и иттербий, получится настоящий лазер.
Обычный одночастотный лазер – это достаточно сложный прибор с большим количеством оптических элементов, требующих тщательной настройки. А тут всего-то – кусочек легированного оптоволокна длиной несколько сантиметров с подключенным cветодиодом. Стабильность, компактность, устойчивость к возмущениям – один раз «нарисовать» ультрафиолетом штрихи и больше не надо никаких настроек. Можно использовать брэгговскую решетку и в качестве датчика (сенсора), поскольку отраженный штрихами свет способен «чувствовать» любое изменение среды – механическое напряжение, деформацию, колебания давления и температуры.
Диаметр сердцевины волокна – несколько микрон, размер и период штрихов измеряется в сотнях нанометров, точность нанесения – до нанометра. То есть речь с полным правом может идти о нанотехнологиях. Параллельно новым технологиям рождались и новые организационные структуры.
- Очень скоро мы поняли, что нам необходимо разделение труда: одни должны заниматься исследованиями, другие производством, - рассказывает Сергей Бабин. – И в начале 2000-х стали создавать цепочку относительно независимых друг от друга участков – с одной стороны, на основе институтской лаборатории, с другой – на базе производственной компании. Но оказалось, что и этого недостаточно. Оставался разрыв, своего рода «белое пятно» между наукой и производством. Нужна была особая структура, которая соединила бы звенья этой цепи.
Так в 2006 году при поддержке совместной программы РАН и ЕС был создан Центр коммерциализации лазерных и волоконно-оптических технологий при ИАиЭ. По сути получился настоящий бизнес-инкубатор, приспособленный под нужды конкретного научно-производственного направления.
- В то время у институтов ещё не было права создавать коммерческие предприятия, - говорит руководитель Центра Сергей Бабин. – Так что новая структура стала своего рода буфером между ИЭиА и МП. Но и сегодня, когда закон позволяет научным организациям заниматься коммерческой деятельностью, для того чтобы разработку ученых превратить в рыночный продукт, нужно пройти длинный путь. Все этапы этого пути обеспечивает инфраструктура нашего Центра – инженерные кадры и оборудование для создания прототипа и мелкой серии, бухгалтерское и юридическое обслуживание, помощь в написании бизнес-плана, в продвижении продукта на рынок и так далее. Конструкторско-технологический и производственный участки работают на базе одного из дочерних предприятий Центра «Инверсия-Файбер», остальные «дочки» («Инверсия-Сенсор», «НовоЛазер», «СибСенсор») выпускают и продают готовую продукцию.
Об этой продукции – оптоволоконных лазерах и сенсорах – надо говорить отдельно. И начать с того, что аналогов некоторых из них в России и в мире нет или почти нет. К примеру, сейчас в стадии конструкторской проработки находится новый лазер с перестраиваемой частотой, создана лабораторная модель многосердцевинного лазера – возможности этих приборов еще изучать и изучать. Зато уже готов и проходит испытания прототип стабилизированного одночастотного лазера для метрологии, еще один вариант «одночастотника» разрабатывается для применений в системе ГЛОНАСС. Производится целая серия волоконных лазеров, работающих практически на любой длине волны в видимой части спектра – от сине-зеленой до красной. Эти лазеры незаменимы в качестве источников излучения в биомедицинском оборудовании. Их охотно покупают у новосибирской компании «НовоЛазер» производители диагностической аппаратуры в Америке, Японии, Канаде, Сингапуре. Сергей Бабин надеется, что когда-нибудь найдутся покупатели «с промышленным уклоном» и в родной стране.
А вот в области оптоволоконных сенсоров рынок – главным образом отечественный – уже сегодня огромен. И в первую очередь это энергетика. Новосибирские датчики нашли применение в сфере диагностики силовых агрегатов. При изготовлении турбогенератора оптоволокно вшивается в обмотку статора и сигналит обо всех неполадках – повышении температуры, вибрации и так далее. Раньше инженеры и конструкторы такой информации просто не имели – ни один измерительный прибор не мог «залезть» внутрь генератора и там работать. Судить о том, что происходит с машиной, приходилось по внешним, косвенным признакам. Оптоволоконные датчики позволяют получать достоверные сведения прямо «с места событий». Поэтому сейчас их используют на заводе «Электросила» при испытаниях новых, более мощных моделей генераторов.
Но не менее важно применение таких сенсоров и при эксплуатации агрегатов – на ТЭЦ, ГЭС, АЭС. Безопасность работы станции возрастает на порядок – при желании можно мониторить состояние оборудования постоянно. Каких трагических последствий это позволит избежать – объяснять сегодня никому не надо.
Кроме того Центр сотрудничает с компанией «Роснефть» - уже разработана соответствующая инвестиционная программа. Оптоволоконными датчиками предполагается снабдить нефтяные скважины – чтобы следить за колебаниями температуры и давления. Такой контроль позволит в разы сократить потери при нефтедобыче.
Есть отдельная серьезная тема создания охранных систем: достаточно проложить оптоволокно по периметру, например, коттеджного поселка – и никакое движение вблизи контрольной черты не останется незамеченным.
И наконец – строительство. На Западе сегодня ни один сколько-нибудь масштабный объект не возводится без помощи оптоволоконных сенсоров. Заложенные в каркас здания, они позволяют отслеживать поведение несущих конструкций и не допустить отклонений. Постепенно эта технология получает распространение и у нас.
- Когда один из проектировщиков театра «Глобус» впервые услышал о наших датчиках, он воскликнул: «Как жаль, что в те времена у нас не было этих возможностей! Скольких проблем удалось бы избежать при строительстве здания-парусника», - говорит директор компании «Инверсия-Сенсор» Иван Шелемба.
Насколько перспективны и востребованы сегодня на рынке оптоволоконные технологии, свидетельствует хотя бы один факт: за прошлый – кризисный – год объём продаж компаний Центра коммерциализации вырос в полтора раза. Легко представить, что будет, когда экономика вновь окажется на подъеме.
Поэтому у Центра уже сегодня большие планы – здесь собираются расширять номенклатуру выпускаемых изделий, создавать научно-образовательный комплекс для подготовки кадров, выводить предприятия на уровень массового производства. Возможности для этого есть – просчитанное, предугаданное десять лет назад инновационное направление сполна оправдывает ожидания своих разработчиков.
Если бы в распоряжении зодчих Пизанской башни были современные оптоволоконные датчики, знаменитая 55-метровая колокольня ни на йоту бы не отклонилась от идеальной вертикали. И это было бы весьма печально – человечество лишилось бы одного из архитектурных чудес света.
Впрочем, Пизанская башня тем и хороша, что она уникальна. Нынешние проектировщики предпочитают, чтобы их театры, мосты и небоскребы стояли прочно. И в этом им могут помочь технологии, созданные сибирскими учеными.
Все началось почти двадцать лет назад, когда несколько молодых сотрудников Института автоматики и электрометрии СО РАН решили организовать малое предприятие. Время было суровое, 90-е годы, наука не финансировалась, ученые искали возможности выжить – кто в коммерции, кто за границей. Молодые сотрудники ИАиЭ нашли свой способ. Слово «инновации» тогда было не в ходу, но иначе то, чем они занимались, не назовешь. Поскольку у себя в институте ребята имели дело с лазерными технологиями, то решили и в МП делать лазеры, но уже не для исследований, а на продажу. Главным образом – для производства голографических наклеек, однако случались заказы и поинтереснее. Однажды, например, пришлось участвовать в крупном европейском проекте «Лазерная звезда». Суть проекта в том, что с помощью лазерного луча в небе действительно создается нечто вроде искусственной звезды – специально для настройки телескопов.
Впрочем, зарубежные заказы поступали нечасто, а российский рынок год от года все больше сворачивался и сужался, и вскоре наши инноваторы поняли, что привычная лазерная тема себя исчерпала. Надо было искать новые точки приложения сил.
Открывая свое дело в начале 90-х, они отталкивались от того, что сами умели и могли предложить. Теперь, имея опыт работы в бизнесе, они уже знали, что логика действий должна быть обратной – не что ты готов дать рынку, а что рынок хочет от тебя получить. Это было время бурного развития связи, Интернета, оптоволоконных сетей.
- Три вещи: связь, лазеры и сенсоры на основе оптических волокон, - уже в конце 90-х стало ясно, что именно за этими технологиями будущее, поскольку они ориентированы на широкий рынок, - говорит заместитель директора ИАиЭ доктор физматнаук Сергей Бабин. – Именно здесь можно производить не просто уникальные, единичные приборы, а продукты, рассчитанные на массовый спрос. И если потребности в Интернете были достаточно быстро удовлетворены и мы на этот «поезд» уже не успевали, то с оптоволоконными лазерами и сенсорами мы угадали и оказались в этом направлении в числе лидеров.
Как известно, оптоволокно служит для прямой передачи светового сигнала, что называется, из пункта А в пункт Б. Но если вдоль световода нанести штриховые линии – так называемую брэгговскую решетку, то с её помощью светом можно управлять: отражать, преломлять, переводить из сердцевины волокна в оболочку или другой световод. А если сердцевину «усилить», легируя такими элементами как эрбий и иттербий, получится настоящий лазер.
Обычный одночастотный лазер – это достаточно сложный прибор с большим количеством оптических элементов, требующих тщательной настройки. А тут всего-то – кусочек легированного оптоволокна длиной несколько сантиметров с подключенным cветодиодом. Стабильность, компактность, устойчивость к возмущениям – один раз «нарисовать» ультрафиолетом штрихи и больше не надо никаких настроек. Можно использовать брэгговскую решетку и в качестве датчика (сенсора), поскольку отраженный штрихами свет способен «чувствовать» любое изменение среды – механическое напряжение, деформацию, колебания давления и температуры.
Диаметр сердцевины волокна – несколько микрон, размер и период штрихов измеряется в сотнях нанометров, точность нанесения – до нанометра. То есть речь с полным правом может идти о нанотехнологиях. Параллельно новым технологиям рождались и новые организационные структуры.
- Очень скоро мы поняли, что нам необходимо разделение труда: одни должны заниматься исследованиями, другие производством, - рассказывает Сергей Бабин. – И в начале 2000-х стали создавать цепочку относительно независимых друг от друга участков – с одной стороны, на основе институтской лаборатории, с другой – на базе производственной компании. Но оказалось, что и этого недостаточно. Оставался разрыв, своего рода «белое пятно» между наукой и производством. Нужна была особая структура, которая соединила бы звенья этой цепи.
Так в 2006 году при поддержке совместной программы РАН и ЕС был создан Центр коммерциализации лазерных и волоконно-оптических технологий при ИАиЭ. По сути получился настоящий бизнес-инкубатор, приспособленный под нужды конкретного научно-производственного направления.
- В то время у институтов ещё не было права создавать коммерческие предприятия, - говорит руководитель Центра Сергей Бабин. – Так что новая структура стала своего рода буфером между ИЭиА и МП. Но и сегодня, когда закон позволяет научным организациям заниматься коммерческой деятельностью, для того чтобы разработку ученых превратить в рыночный продукт, нужно пройти длинный путь. Все этапы этого пути обеспечивает инфраструктура нашего Центра – инженерные кадры и оборудование для создания прототипа и мелкой серии, бухгалтерское и юридическое обслуживание, помощь в написании бизнес-плана, в продвижении продукта на рынок и так далее. Конструкторско-технологический и производственный участки работают на базе одного из дочерних предприятий Центра «Инверсия-Файбер», остальные «дочки» («Инверсия-Сенсор», «НовоЛазер», «СибСенсор») выпускают и продают готовую продукцию.
Об этой продукции – оптоволоконных лазерах и сенсорах – надо говорить отдельно. И начать с того, что аналогов некоторых из них в России и в мире нет или почти нет. К примеру, сейчас в стадии конструкторской проработки находится новый лазер с перестраиваемой частотой, создана лабораторная модель многосердцевинного лазера – возможности этих приборов еще изучать и изучать. Зато уже готов и проходит испытания прототип стабилизированного одночастотного лазера для метрологии, еще один вариант «одночастотника» разрабатывается для применений в системе ГЛОНАСС. Производится целая серия волоконных лазеров, работающих практически на любой длине волны в видимой части спектра – от сине-зеленой до красной. Эти лазеры незаменимы в качестве источников излучения в биомедицинском оборудовании. Их охотно покупают у новосибирской компании «НовоЛазер» производители диагностической аппаратуры в Америке, Японии, Канаде, Сингапуре. Сергей Бабин надеется, что когда-нибудь найдутся покупатели «с промышленным уклоном» и в родной стране.
А вот в области оптоволоконных сенсоров рынок – главным образом отечественный – уже сегодня огромен. И в первую очередь это энергетика. Новосибирские датчики нашли применение в сфере диагностики силовых агрегатов. При изготовлении турбогенератора оптоволокно вшивается в обмотку статора и сигналит обо всех неполадках – повышении температуры, вибрации и так далее. Раньше инженеры и конструкторы такой информации просто не имели – ни один измерительный прибор не мог «залезть» внутрь генератора и там работать. Судить о том, что происходит с машиной, приходилось по внешним, косвенным признакам. Оптоволоконные датчики позволяют получать достоверные сведения прямо «с места событий». Поэтому сейчас их используют на заводе «Электросила» при испытаниях новых, более мощных моделей генераторов.
Но не менее важно применение таких сенсоров и при эксплуатации агрегатов – на ТЭЦ, ГЭС, АЭС. Безопасность работы станции возрастает на порядок – при желании можно мониторить состояние оборудования постоянно. Каких трагических последствий это позволит избежать – объяснять сегодня никому не надо.
Кроме того Центр сотрудничает с компанией «Роснефть» - уже разработана соответствующая инвестиционная программа. Оптоволоконными датчиками предполагается снабдить нефтяные скважины – чтобы следить за колебаниями температуры и давления. Такой контроль позволит в разы сократить потери при нефтедобыче.
Есть отдельная серьезная тема создания охранных систем: достаточно проложить оптоволокно по периметру, например, коттеджного поселка – и никакое движение вблизи контрольной черты не останется незамеченным.
И наконец – строительство. На Западе сегодня ни один сколько-нибудь масштабный объект не возводится без помощи оптоволоконных сенсоров. Заложенные в каркас здания, они позволяют отслеживать поведение несущих конструкций и не допустить отклонений. Постепенно эта технология получает распространение и у нас.
- Когда один из проектировщиков театра «Глобус» впервые услышал о наших датчиках, он воскликнул: «Как жаль, что в те времена у нас не было этих возможностей! Скольких проблем удалось бы избежать при строительстве здания-парусника», - говорит директор компании «Инверсия-Сенсор» Иван Шелемба.
Насколько перспективны и востребованы сегодня на рынке оптоволоконные технологии, свидетельствует хотя бы один факт: за прошлый – кризисный – год объём продаж компаний Центра коммерциализации вырос в полтора раза. Легко представить, что будет, когда экономика вновь окажется на подъеме.
Поэтому у Центра уже сегодня большие планы – здесь собираются расширять номенклатуру выпускаемых изделий, создавать научно-образовательный комплекс для подготовки кадров, выводить предприятия на уровень массового производства. Возможности для этого есть – просчитанное, предугаданное десять лет назад инновационное направление сполна оправдывает ожидания своих разработчиков.
Современный лазер помещается в трех сантиметрах оптоволокна
