Анализируется актуальность исследований в области фотоники для Отделения нанотехнологий и информационных технологий РАН. В настоящее время внимание ученых приковано к таким направлениям фотоники, как оптика наноструктур (нанофотоника), поверхностные плазмоны, светодиодные технологии, оптическая обработка информации, фотонные кристаллы, развиваемые в ИСОИ РАН. Прогресс в этих областях определяется возможностями расчета и формирования оптических микро- и наноструктур рассчитанной формы. Для создания оптических элементов с недостижимыми в классической оптике свойствами надо решить некорректную обратную задачу теории дифракции. Для каждого нового класса оптических элементов и устройств создаются индивидуальные средства автоматизации проектирования и формируется собственная схема организации оптического эксперимента.

Современное развитие технологий записи позволяет создавать оптические элементы с микро- и нано-особенностями. Для моделирования и расчета таких субволновых микроструктур необходимо решать уравнения Максвелла. В ИСОИ РАН развиваются основные методы решения уравнений Максвелла применительно к задачам микрооптики и дифракционной нанофотоники. Наиболее универсальным является подход, основанный на разностном решении уравнений Максвелла (FTDT-метод). Предложенный численный способ задания прозрачного излучающего условия имеет меньшую вычислительную сложность (за счет адаптации к задачам микрооптики) и не порождает несуществующих в природе отраженных волн. Для такой записи прозрачного излучающего условия удалось предложить эффективные методы декомпозиции сеточной области для распараллеливания вычислений.

Одним из вариантов решения уравнений Максвелла является метод Фурье-мод, известный в англоязычной литературе как Rigorous Coupled Wave Analysis. Он не предназначен для наблюдения переходных и неустоявшихся процессов, но благодаря нашим усилиям работает достаточно быстро, в частности, наше программное обеспечение для расчета многопорядковых дифракционных решеток существенно выигрывает по времени расчета (особенно для больших размерностей) у фирменных аналогов, например, у коммерческого пакета “Gsolver” американской фирмы “Grating Solver Development Company”.

Разработанные информационные технологии решения уравнений Максвелла позволили выполнить ряд хозяйственных договоров, например, рассчитать пирамидальные переходы крупнейшей в Европе ТЕМ-камеры ПАО "АвтоВАЗ", предназначенной для испытаний на электромагнитную совместимость, а также решить множество фундаментальных проблем, связанных с расчетом и моделированием элементов компьютерной оптики и компонентов дифракционной нанофотоники. Например, оптических элементов для сверхострой фокусировки, для детектирования типа поляризации лазерного излучения, гребенчатых фотонно-кристаллических волноводов для дифференцирования и интегрирования оптических сигналов.

В докладе сообщается о создании и исследовании систем технического зрения с дифракционными гармоническими линзами и цифровой коррекцией хроматических аберраций на основе нейросетевой реконструкции. Анализируются возможные конструкции таких оптико-цифровых систем и перспективы их использования.

Описываются разработанные в ИСОИ РАН изображающие гиперспектрометры, предназначенные для размещения на наноспутниках и беспилотных летательных аппаратах, а также для применения в быту (в качестве приставки к мобильному телефону). С помощью созданных макетов гиперспектрометров проведены соответствующие съёмки и разработано программное обеспечение, которое позволяет по спектральной картине проанализировать влажность почвы или обнаружить посадки наркосодержащих растений, например, конопли.

В докладе сообщается о разработке методов расчета линзовых головок светодиодов, обеспечивающих формирование требуемой диаграммы направленности излучения. Для неточечных источников света созданы математические методы и информационные технологии решения обратных задач, описываемых уравнениями Монже-Ампера, и рассчитаны оптические элементы, предназначенные для дорожного и промышленного освещения, а также систем подсветки.