Наукові напрямки
Кафедра оптики працює на стику шести тем. Об’єднує їх одне питання: що відбувається зі світлом на межі з речовиною — і що з цього можна прочитати про саму речовину.
Нижче — не перелік «інтересів кафедри», а те, над чим тут працюють просто зараз. За кожним напрямом стоять конкретні люди, конкретне обладнання і статті останніх років. Якщо ви студент і шукаєте, куди піти на курсову чи дипломну, читайте саме цю сторінку.
Передові матеріали для оптики і напівпровідникової оптоелектроніки
Один із найпотужніших і найактивніших наукових напрямів кафедри. Розроблення та дослідження GeSn, InGaAs, CIGS, CZTS й інших напівпровідникових матеріалів для створення джерел і детекторів випромінювання, сонячних елементів та оптико-електронних пристроїв. Германій із домішкою олова — матеріал, на який фотоніка чекала десятиліттями. Кремній світло майже не випромінює: у нього непряма заборонена зона. Якщо в германій увести достатньо олова, зона стає прямою — і виходить матеріал, який світиться і при цьому виготовляється на звичайній кремнієвій лінії. Це шлях до лазера й фотоприймача просто на процесорному чипі.
Кафедра досліджує, як у таких плівках рухається народжений світлом заряд: звідки береться фотопровідність, як на неї впливають дефекти й неоднорідність складу, що відбувається на межах зерен. Поряд із GeSn — двовимірні матеріали на кшталт MoS₂ і гетероструктури з квантовими точками: як передається енергія й заряд між шарами завтовшки в один атом.
Методи: спектри фотопровідності від 10 К, імпедансна спектроскопія, скануюча зондова мікроскопія, наносекундне лазерне структурування поверхні, фотолюмінесцентне картування.
Хто веде: Сергій Кондратенко, Катерина Яблочкова. Спільно з Інститутом фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України, Університетом Арканзасу та Технічним університетом Хемніца. Саме з цієї лінії вийшли статті в Nanoscale і Physical Review Materials.
Сонячна енергетика
Розроблення та дослідження нових матеріалів і фотоелектричних структур для ефективного перетворення сонячного випромінювання на електричну енергію та створення сонячних елементів нового покоління; напрям розвивається за підтримки міжнародних грантів, зокрема НАТО, DAAD, DFG та CRDF Global. Кремній і германій не поглинають довгохвильову частину сонячного спектра — та енергія просто втрачається. GeSn із прямою забороненою зоною 0,3–0,8 еВ поглинає саме її, тому шар GeSn поверх кремнієвого елемента здатен зібрати те, що звичайна панель пропускає.
Кафедра працює над тим, як зробити такі структури придатними до виробництва: плазмонні структури для підсилення поглинання, тонші напівпровідникові шари, дешевші методи виготовлення.
Це напрям, під який кафедра отримувала міжнародне фінансування — NATO SPS G5853 «Інноваційні сонячні елементи» і проєкт CRDF Global з твердих розчинів GeSn. Керівник обох — Сергій Кондратенко.
Лазерна спектроскопія і швидкі процеси
Якщо потужним лазерним імпульсом влучити у крихітну вуглецеву частинку, вона розігріється за наносекунди до тисяч градусів і почне світитися просто від температури. Це явище — лазерно-індукована розжарюваність — водночас вимірювальний метод і самостійна задача: через нього видно, як частинка нагрівається, випаровується й віддає тепло в середовище.
На кафедрі досліджують такі процеси у вуглецевих мікро- і наночастинках — у водних суспензіях, у пористих матеріалах, на прозорих підкладках-тепловідводах. Практичний вихід — від діагностики сажі й аерозолів до оптичних обмежувачів, які захищають детектор від засвітки надто яскравим імпульсом.
Хто веде: Сергій Зеленський і його група. Постійний партнер — Університет Шідзуока в Японії.
У звичайному лазері світло бігає між двома дзеркалами, і резонатор задає, на якій довжині хвилі почнеться генерація. У сильнорозсіювальному середовищі — порошку, пористому матеріалі, суспензії барвника — дзеркал немає взагалі, а генерація все одно виникає: роль резонатора бере на себе саме розсіяння. Світло блукає всередині достатньо довго, щоб встигнути підсилитися. Це і є випадкова генерація, random lasing.
На кафедрі досліджують, як така хаотична генерація взаємодіє з вимушеним раманівським розсіянням у тих самих середовищах: за яких умов два процеси підсилюють один одного, а за яких конкурують. Практичний вихід — раманівська спектроскопія речовин, які звичайним способом дають надто слабкий сигнал.
Хто веде: Василь Ящук. Понад 90 статей, із них більшість — з лазерної фізики, нелінійної оптики та оптики сильно розсіювальних середовищ.
Оптична діагностика поверхні
Освітіть шорстку поверхню лазером — і побачите зернистий візерунок, спекл. Він виглядає випадковим, але його статистика жорстко пов’язана з рельєфом. Отже, за одним знімком спекл-поля можна виміряти текстуру, не торкаючись зразка й не готуючи його.
На кафедрі показали, що фрактальна розмірність спекл-картини корелює з фрактальною розмірністю самої поверхні, і що метод майже не чутливий до розфокусування — а це означає, що його можна винести з оптичного столу в цех. Для керамічних матеріалів різного типу різниця у фрактальних характеристиках виявилася статистично значущою: метод розрізняє матеріали й бачить дефекти. Наступний крок — портативний прилад експрес-контролю.
Хто веде: Андрій Якунов.
Найстаріша лінія кафедри — з неї виросла наукова школа «Металооптика та спектроеліпсометрія поверхні», яку заснував доцент М.Я. Горбань.
Еліпсометрія вимірює, як відбите світло змінює поляризацію, і з цієї зміни відновлює оптичні сталі матеріалу й товщину плівки — не руйнуючи зразок. Для тонких металевих шарів, острівцевих плівок золота й металодіелектричних структур це чи не єдиний спосіб дізнатися, що там усередині.
Практичний вихід — плазмонні сенсори: тонка плівка золота, на якій резонанс поверхневих плазмонів зсувається від кількох молекул, що сіли на поверхню. Щоб такий сенсор працював, оптичні параметри шару треба знати точно. Сюди ж належать поляриметрія й колориметрія.
Хто веде: Олексій Макаренко, Вадим Прокопець. Прилад — спектральний еліпсометр J.A. Woollam M-2000.
Квантові матеріали та синхротронні дослідження
Напрям розгортається у співпраці з Київським академічним університетом: фотоемісійна та рентгенівська спектроскопія квантових матеріалів, синхротронні методи — від ARPES до EXAFS. Кафедра входить в українську синхротронну спільноту USynC, воркшоп якої відкриває симпозіум SPO-2026, а через ці колаборації студенти отримують доступ до European XFEL, синхротрона SOLARIS та Інституту Пауля Шеррера. Напрям веде Сергій Кондратенко.
Оптичні технології для MilTech
Тепловізійні системи, лазерна далекометрія, прилади нічного бачення, головки самонаведення, оптична навігація, комп’ютерне бачення, виявлення та супровід об’єктів є ключовими складовими сучасного MilTech. Студенти вивчають принципи побудови оптико-електронних приладів, цифрове оброблення зображень та розробку оптичних модулів. Підготовку забезпечують окремий блок вибіркових дисциплін і філія кафедри на базі підприємства «Арсенал», яка діє з 1984 року та поєднує освіту з реальними інженерними завданнями.
Чим ми вимірюємо
- Раманівський спектрометр Renishaw. Розсіяне світло розповідає про хімічні зв’язки й механічні напруження в зразку. Основний інструмент, коли треба зрозуміти, що саме виросло на підкладці.
- Растровий і просвітлювальний електронний мікроскоп. Структура зразка на масштабі, де оптика вже не бачить.
- Атомно-силовий мікроскоп. Рельєф поверхні з нанометровою роздільною здатністю. У режимі зондової мікроскопії тим самим вістрям можна не тільки дивитися, а й локально змінювати провідність зразка.
- Спектральна еліпсометрія, J.A. Woollam M-2000. Оптичні сталі й товщина плівки без руйнування зразка.
- Потужний неодимовий лазер. Наносекундні імпульси для лазерного структурування поверхні й досліджень теплової емісії частинок.
Найважчі прилади — електронні мікроскопи, раманівський спектрометр, атомно-силовий мікроскоп — стоять у Центрі колективного користування науковим обладнанням «Мікроскопія та лазерна спектроскопія». Це підрозділ університету, доступ до якого мають і студенти кафедри.
З ким ми працюємо
Міжнародні можливості для студентів →
Хочете робити це разом з нами
Курсова, дипломна, аспірантура — усе починається однаково: ви пишете або приходите і кажете, що вам цікаво. Не треба заздалегідь знати тему, треба знати напрямок.
Пошта кафедри — optics.phys@knu.ua, телефон +38 067 401 58 16.