Институт Фраунгофера прикладной оптики и точной механики
Институт Фраунгофера прикладной оптики и точной механики (нем. Fraunhofer IOF) — немецкая научно-исследовательская организация, входящая в состав Fraunhofer-Gesellschaft. Расположена в городе Йена, Тюрингия. Деятельность института относится к области прикладных исследований и разработок в сфере естественных наук, в частности оптики и точной механики. Институт основан в 1992 году Вольфгангом Картэ.
История
2007—2016: Становление и ключевые проекты
В этот период институт укрепил свои позиции в качестве ведущего исследовательского центра в области фотоники, реализовав ряд ключевых проектов и получив престижные награды.
- 2007: В сотрудничестве с Osram Opto Semiconductors исследователи института под руководством Андреаса Бройера получили Немецкую премию будущего (нем. Deutscher Zukunftspreis) за инновации в области мощных светодиодов.
- 2008: Институт представил разработки в области терагерцовой визуализации и систем оптического 3D-контроля[1]. В этом же году была запущена спутниковая система RapidEye, для которой Fraunhofer IOF разработал зеркала[2].
- 2009: Продолжилась работа в рамках концепции «Зелёная фотоника» (англ. Green Photonics), велась разработка сверхточных зеркальных систем для спутников наблюдения Земли и исследования в области фемтосекундных лазеров[2].
- 2010: При участии института была представлена стратегическая программа «Фотоника 2020» (нем. Photonik 2020), разработанная при поддержке Федерального министерства образования и научных исследований Германии (BMBF) для определения направлений развития фотоники на следующее десятилетие[3].
- 2011: Институт демонстрировал свои достижения на выставках, включая зеркала для спутниковых систем, миниатюрные камеры и технологии для 3D-измерений[4].
- 2012: Fraunhofer IOF представил самый большой на тот момент коллекторный зеркальный элемент (диаметром 66 см) с многослойным покрытием для EUV-литографии[5]. Завершился шестилетний период финансирования прикладного центра AMOS (англ. Advanced Micro-Optical Systems)[6]. Доктор Торстен Файгль получил премию Йозефа фон Фраунгофера за разработку коллекторной оптики для литографии нового поколения[7].
- 2013: Исследователи института во второй раз были удостоены Немецкой премии будущего за разработку ультракороткоимпульсных лазеров для промышленного производства[8]. В этом же году был запущен региональный проект ƒo+ по исследованию оптики произвольной формы (англ. freeform optics), а команда исследователей получила Тюрингскую премию за исследования в области «сверхбыстрых 3D-изображений»[8].
- 2014: В рамках подготовки к Международному году света (2015) институт принял участие в организации научно-популярного шоу «Феномены света» (нем. LichtPhänomene)[9]. Молодые учёные института были отмечены премией англ. Green Photonics Award за работы в области устойчивого использования света[10].
- 2015: Год прошёл под эгидой Международного года света, в рамках которого институт провёл множество мероприятий[11]. Состоялась церемония закладки первого камня в строительство нового Центра волоконных технологий. Проект по оцифровке исторических глобусов с помощью оптических 3D-технологий был отмечен в рамках инициативы «Германия — страна идей»[11].
- 2016: Институт начал подготовку к своему 25-летию. Была выдвинута инициатива по созданию «Национальных фотонных лабораторий» (англ. National Photonics Labs)[12].
2017—2020: Квантовые технологии и расширение
В этот период институт сосредоточился на развитии квантовых технологий, космических систем и расширении своей инфраструктуры.
- 2017: Институт представил разработку стабильного и пригодного для космоса источника запутанных фотонов, являющегося ключевым элементом для систем квантового распределения ключей (QKD)[13]. В сотрудничестве с Университетом Йены и компанией Active Fiber Systems была создана лазерная система, установившая мировой рекорд мощности для 6-фемтосекундных импульсов (более 200 Вт) и предназначенная для проекта Extreme Light Infrastructure (ELI)[14].
- 2018: Летом на МКС был запущен гиперспектральный прибор DESIS (англ. DLR Earth Sensing Imaging Spectrometer), для которого институт разработал ключевую оптическую систему, позволяющую вести наблюдение за Землёй в 235 спектральных каналах[15]. Исследовательская сеть fo+, в которую входит Fraunhofer IOF, получила научную премию за работу в области оптики произвольной формы (англ. freeform optics)[16]. Доктор Фабиан Штуцки был удостоен премии Карла Цейсса для молодых исследователей[16].
- 2019: Институт выступил координатором крупного проекта QuNET, направленного на создание защищённой квантовой коммуникационной сети для правительственных организаций Германии[17]. 29 мая состоялась церемония закладки первого камня для строительства третьего исследовательского корпуса[18]. Также были представлены разработки в области квантовой визуализации[19].
- 2020: Доктор Сергий Юлин в составе команды проекта был удостоен Немецкой премии будущего за доведение технологии EUV-литографии до промышленной зрелости. В рамках кластера передовых фотонных источников (англ. Fraunhofer Cluster of Excellence Advanced Photon Sources, CAPS) был продемонстрирован мировой рекорд — ультракороткоимпульсный лазер мощностью 10 кВт. Институт продолжил работу над созданием источников запутанных фотонов для проекта QuNET и принял участие в программе «Fraunhofer vs. Corona», разрабатывая роботизированные системы дезинфекции.
2021 — настоящее время: Космические миссии и мировые рекорды
В этот период институт продолжил развитие в области квантовых технологий и оптики для космоса. В 2021 году одним из ключевых достижений стало участие в миссии космического телескопа «Джеймс Уэбб», для которого Fraunhofer IOF произвёл высокоточные зеркала[20]. В рамках проекта QuNET была успешно проведена квантово-защищённая видеоконференция между двумя федеральными ведомствами, продемонстрировав возможности технологии QKD[20].
В 2022 году был достигнут очередной прорыв в квантовой связи: институт успешно осуществил обмен квантовыми ключами по стандартному оптоволоконному кабелю на 75-километровом участке между Йеной и Эрфуртом[21]. 2023 год ознаменовался мировым рекордом в производстве метаповерхностей — исследователи впервые изготовили такой компонент диаметром около 30 см с использованием электронно-лучевой литографии[22][23]. Также в рамках инициативы QuNET был проведён ключевой эксперимент с использованием самолёта в качестве мобильного узла квантовой сети[24].
Институт внёс значительный вклад в ряд европейских космических программ. Были разработаны оптические компоненты для миссии Sentinel-5 и спектрометрические решётки для миссии Sentinel-4 (в рамках программы Copernicus)[25], оптика для спутниковой миссии CO2M, предназначенной для мониторинга парниковых газов[24], а также компоненты для инструмента GALA миссии JUICE Европейского космического агентства, направленной к Юпитеру[26].
Научные исследования и разработки
Fraunhofer IOF ведёт прикладные научные исследования и разработки в области оптических системотехники с целью достижения более точного управления светом — от генерации, передачи и манипулирования до разносторонних применений. Особенностью института является сочетание компетенций в областях оптики и прецизионной механики.
Основные направления исследований находят отражение в структуре отделов:
- Оптическое и механическое проектирование;
- Микро- и наноструктурированная оптика;
- Опто-мехатронные компоненты и системы;
- Прецизионные оптические компоненты и системы;
- Функциональные поверхности и покрытия;
- Лазерные и волоконные технологии;
- Визуализация и сенсорика;
- Технологии будущего.
CMN-Optics
В июле 2006 года на базе Fraunhofer IOF был открыт Центр перспективной микро- и нано-оптики (англ. Center for Advanced Micro- and Nano-Optics, CMN-Optics). Ключевым оборудованием центра стала установка электронной литографии SB350-OS, так называемый «электронно-лучевой писатель», которая обеспечивает размер структур до 50 нм на подложках размером до 300 мм. Центр совместно эксплуатируется с Институтом прикладной физики (IAP) Фридрих-Шиллер-Университета Йены и используется также Институт фотонных технологий (IPHT, Йена). Стоимость установки составила 12 миллионов евро — финансирование осуществлялось при поддержке средств Европейского союза, федеральной земли Тюрингия и общества Фраунгофера.
Сотрудничество
Сотрудничество с Йенским университетом
В 2003 году Fraunhofer-Gesellschaft заключило соглашение о сотрудничестве с Университетом Йены. Это соглашение служит основой для тесного взаимодействия между Fraunhofer IOF и Институтом прикладной физики (IAP) университета. Сотрудничество направлено на практико-ориентированное обучение студентов, эффективную трансляцию научных результатов в прикладную сферу, а также совместное использование инфраструктуры обеих организаций.
Ключевым фактором, углубившим партнёрство, стало двойное руководство профессора Андреаса Тюннерманна, который с 2003 года одновременно возглавляет Fraunhofer IOF и IAP[27]. Эта модель обеспечивает бесшовную инновационную цепочку от фундаментальных исследований до прикладных разработок[28]. Основные этапы институционального сотрудничества:
- 2008: Основана Высшая школа фотоники Аббе (англ. Abbe School of Photonics, ASP), координирующая всю образовательную деятельность в области оптики и фотоники в университете и Fraunhofer IOF[29].
- 2010: Учреждён Центр фотоники Аббе (англ. Abbe Center of Photonics, ACP), ставший академическим ядром для совместных исследований[30].
- 2016: Официально открыт «Центр высоких достижений в области фотоники» (нем. Leistungszentrum Photonik) — совместная инициатива для трансфера технологий и образовательных программ[31].
- 2021: Центр высоких достижений получил финансирование в размере почти 3 млн евро на создание совместных лабораторий, в том числе по биофотонной визуализации и технологиям в диапазоне EUV[32].
- 2023: В рамках Центра высоких достижений создана совместная младшая научная группа «Интегрированные квантовые системы», расположенная в обеих организациях[33].
- 2024: Команда учёных из Университета Йены и Fraunhofer IOF удостоена Тюрингской премии за исследования в области двумерных материалов[34].
- 2025: Продолжается организация совместных мероприятий, таких как «Photonics Days Jena», с участием руководства и профессоров обеих организаций[35].
Участие в альянсах Фраунгофера
Институт является членом нескольких тематических альянсов Общества Фраунгофера, объединяющих компетенции различных институтов для решения комплексных задач:
- Fraunhofer Vision — объединение в области обработки изображений, машинного зрения и оптических измерительных технологий для контроля качества[27][36].
- Fraunhofer AVIATION & SPACE (ранее Fraunhofer Space Alliance) — альянс, проводящий прикладные исследования в области промышленных космических технологий для таких партнёров, как Европейское космическое агентство[27][37].
- Fraunhofer-Allianz Verkehr (Транспортный альянс) — разработка технических и концептуальных решений для транспортного сектора, в частности, фотоники для автомобильной промышленности[38].
Инфраструктура
С 2003 года директором института является Андреас Тюнерманн, одновременно возглавляющий Институт прикладной физики Университета Йены.
Институт демонстрирует устойчивый рост. К концу 2023 года численность персонала достигла 499 человек[39]. В 2024 году инвестиции в технологическую инфраструктуру составили 8,8 млн евро[40].
| Год | Операционный бюджет, млн € | Численность сотрудников (на конец года) |
|---|---|---|
| 2020 | 51,5 | ~330 |
| 2021 | 56,0 | 459 |
| 2022 | 57,1 | 478 |
| 2023 | 66,8[39] | 499[39] |
Институт располагает лабораторными помещениями площадью 3830 м² и чистыми комнатами (чистота класса ISO 1-7) площадью 1115 м². Инфраструктура постоянно расширялась: в 2002 и 2013 годах были построены дополнительные корпуса. В 2017 году был открыт Центр волоконных технологий с новыми лабораториями и башней для вытяжки оптического волокна[41].
В сентябре 2024 года завершилось строительство третьего исследовательского корпуса площадью более 2000 м²[42]. Новое здание, закладка фундамента которого состоялась в июле 2021 года[43], предназначено для исследований в области квантовых технологий и оснащено астрономическим куполом для тестирования систем спутниковой связи[42].
Награды
- Премия Германского будущего (Deutscher Zukunftspreis), 2007
- Совместно с производителем полупроводников Osram Opto Semiconductors (Регенсбург) исследователи Йенского института Fraunhofer под руководством Андреаса Брёйера были удостоены премии 6 декабря 2007 года за разработку усовершенствованных кристаллов, корпусов и специальной оптики для более мощных светодиодов[44].
- Премия Йозефа фон Фраунгофера, 2012
- Доктор Торстен Файгль получил премию за разработку коллекторной оптики для литографии нового поколения.
- Премия Германского будущего 2013
- Штефан Нольте (Fraunhofer IOF и Фридрих-Шиллер-Университет Йены) совместно с Йенсом Кёнигом (Robert Bosch GmbH) и Дирком Зуттером (Trumpf Laser) удостоен премии 4 декабря 2013 года за разработки в области ультракороткоимпульсных лазеров[45][46]. В том же году команда исследователей института получила Тюрингскую премию за исследования в области «сверхбыстрых 3D-изображений».
- Green Photonics Award, 2014
- Молодые учёные института, доктор Луиза Корианд и доктор Кристиана Префке, были отмечены премией за работы в области устойчивого использования света.
- Награда «Выдающееся место в стране идей», 2015
- Проект по оцифровке исторических глобусов с помощью оптических 3D-технологий был отмечен в рамках инициативы «Германия — страна идей».
- Награды в области оптики, 2018
- Исследовательская сеть fo+, в которую входит Fraunhofer IOF, получила научную премию за работу в области оптики произвольной формы. Доктор Фабиан Штуцки был удостоен премии Карла Цейсса для молодых исследователей за работу по ультракороткоимпульсным лазерам.
- Премия Германского будущего 2020
- Команда экспертов под руководством Сергея Юлина (Fraunhofer IOF), Петер Кёрца (ZEISS, подразделение Semiconductor Manufacturing Technology (SMT)) и Михаэля Кёстерса (TRUMPF Lasersystems for Semiconductor Manufacturing) получила награду за проект «EUV-литография — новый свет для цифровой эпохи»[47]. В том же году спин-офф института, компания SPACEOPTIX GmbH, была отмечена Инновационной премией Тюрингии.
- Премия Йозефа фон Фраунгофера, 2022
- Трое учёных из Fraunhofer IOF — доктор Петер Кюмштедт, доктор Кристоф Мункельт и Маттиас Хайнце — были удостоены этой престижной награды.
- Премия Фраунгофера «Технологии для человека и окружающей среды», 2023
- Исследователи Fraunhofer IOF совместно со своей дочерней компанией SPACEOPTIX и партнёрами получили награду за разработку компактной системы наблюдения Земли, протестированной на МКС.
- Тюрингская премия за исследования, 2024
- Команда учёных из Университета Йены и Fraunhofer IOF, включая доктора Фалька Эйленбергера, была удостоена премии в категории «Прикладные исследования» за работу в области двумерных материалов.
- Премия за трансфер технологий DPG, 2025
- Институт совместно с Digital Innovation Hub Photonics (DIHP) и Quantum Optics Jena GmbH получил премию Немецкого физического общества (DPG) за успешный перенос исследований в области квантовой оптики в рыночные продукты[48].