Коллектив сектора оптоинформационных технологий, возглавляемый д.ф.-м.н. профессором Л.Л. Досколовичем, обладает многолетним опытом работы в области дифракционной оптики и нанофотоники. Научные результаты коллектива представлены в восьми монографиях, изданных в России и за рубежом, а также в более чем в 200 статьях, опубликованных в ведущих российских и зарубежных научных журналах.

Коллектив сектора имеет большой научный задел в области решения прямых и обратных задач дифракции света на периодических микро- и наноструктурах, фотонных кристаллах, дифракционных и рефракционных оптических элементах. В настоящее время коллектив сектора включает пять докторов наук, 6 кандидатов наук, 5 аспирантов. Более половины участников коллектива моложе 35 лет.

Деятельность сектора оптоинформационных технологий направлена на разработку и создание прототипов компактной гиперспектральной аппаратуры с высокими рабочими характеристиками для применения на малых космических аппаратах дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). В рамках проекта предполагается выполнение полного цикла работ от разработки и создания спектральных фильтров до создания прототипов компактной гиперспектральной аппаратуры ДЗЗ и их экспериментальных исследований.

Сектор располагает необходимым технологическим оборудованием для проведения экспериментальных исследований, включающим перестраиваемую лазерную систему NT242, спектрограф MS7501, спектральную камеру (рис. 1-3).

Рис. 1. Макет изображающего спектрометра в конфигурации Оффнера. В качестве источника излучения используется лазерная система NT242, позволяющая генерировать излучение заданной длины волны в диапазоне от 400 нм до 2500 нм с шагом 1 нм.

Рис. 2. Спектрограф MS7501 с точностью измерения 0,05 нм.

Рис. 3. Регистрирующая ПЗС-матрица с многослойным спектральным фильтром.

Краткое описание решаемых задач и плана работ

Широкий круг задач оперативного мониторинга земной поверхности может быть эффективно решён с использованием малых космических аппаратов (КА), несущих компактную гиперспектральную аппаратуру (ГСА). В настоящее время самой современной российской ГСА является система космического аппаратура «Ресурс-П», имеющая массу 150 кг. Данная ГСА для спектрального диапазона 400-1100 нм обеспечивает формирование гиперспектральных изображений при пространственном разрешении в 30 м и спектральном разрешении в 10 нм. Мировым чемпионом по массогабаритным характеристикам является ГСА корейского микроспутника STSAT3 [1, 2]. Данная система обеспечивает рабочие характеристики (пространственное и спектральное разрешения) российской системы при массе в 5 кг, что в 30 раз меньше массы системы КА «Ресурс-П». Корейская ГСА также имеет на порядок меньшее энергопотребление (около 5 Вт). Отметим, что корейская система является модернизированным вариантом ГСА, разработанной Европейским космическим агентством для спутников серии PROBA [3]. Корейская ГСА содержит катадиоптрический объектив и спектрометр в конфигурации Оффнера. При этом в качестве диспергирующего элемента используется комбинация призм со сложными криволинейными поверхностями.

Участники проекта считают возможным создание ГСА с массой менее 5 кг при значительном улучшении рабочих характеристик по сравнению с характеристиками корейской ГСА. По мнению участников проекта, наиболее перспективным вариантом ГСА является оптическая система, соответствующая комбинации высокоразрешающего объектива и спектрального фильтра, установленного непосредственно на регистрирующей ПЗС-матрице. Высокие рабочие характеристики и компактность могут быть обеспечены за счёт использования структур нанофотоники, позволяющих с высокой эффективностью и точностью реализовать базовую операцию спектральной фильтрации оптического излучения.

В рамках работ по проекту предполагает выполнение полного цикла работ, включающего разработку и создание спектральных фильтров, создание прототипов компактной ГСА ДЗЗ и их экспериментальные исследования.

В проекте будут исследованы различные типы спектральных фильтров на основе нанофотонных структур. По результатам исследований будут выбраны технологически реализуемые структуры, обладающие наилучшими рабочими характеристиками. На основе теоретических и численных исследований в проекте будут проведены экспериментальные исследования по созданию и демонстрации работы спектральных фильтров, предназначенных для применения в предложенной ГСА. На основе созданных спектральных фильтров будет создан прототип компактной ГСА, соответствующей комбинации высокоразрешающего объектива и планарного спектрального фильтра, установленного на регистрирующей ПЗС-матрице. Масса оптических компонент предлагаемой системы будет составлять всего 2-3 кг. В проекте также будет создан прототип компактной ГСА (с массой до 5 кг), содержащей спектрометр в конфигурации Оффнера с дифракционной решёткой в качестве диспергирующего элемента. В этом случае предполагается существенно расширить регистрируемый спектральный диапазон до 2-2,5 мкм.

Общий план работ включает следующие этапы:

Этап 2014 года:

1. Воссоздание модели оптической системы ГСА корейского микроспутника и исследование её рабочих характеристик по результатам математического моделирования.
2. Разработка программных средств для решения прямых и обратных задач расчёта многослойных интерференционных покрытий; расчет и исследование спектральных фильтров на основе системы слоёв с линейно изменяющейся толщиной.
3. Разработка программных средств для решения прямых и обратных задач расчёта металлодиэлектрических наноструктур из непрерывных слоёв; расчет и исследование спектральных фильтров на основе нанофотонных структур указанного типа.

Этап 2015 года:

1. Создание программных средств для решения прямых и обратных задач расчёта дифракционных структур, предназначенных для спектральной фильтрации электромагнитного излучения в ближнем поле; расчет и исследование нанофотонных структур указанного типа.
2. Изготовление и экспериментальное исследование спектральных фильтров на основе многослойных металлодиэлектрических структур нанофотоники.

Этап 2016 года:

1. Создание программных средств для моделирования и оптимизации оптической системы ГСА, содержащей элементы нанофотоники; выбор конфигурации гиперспектральной аппаратуры для экспериментальной реализации.
2. Создание прототипа ГСА на основе изготовленных элементов нанофотоники и его экспериментальное исследование.
3. Создание прототипа ГСА, содержащей спектрометр в конфигурации Оффнера и дифракционную решётку, экспериментальные исследования прототипа.

Основные результаты 2014 года.