28 декабря 2025 года Всероссийскому научно-исследовательскому институту оптико-физических измерений (ВНИИОФИ) исполнилось 60 лет. За прошедшие десятилетия институт  выполнил значительное количество научных исследований, разработал и поставил потребителям тысячи высокоточных средств оптико-физических измерений (включая эталонное оборудование). В статье представлены наиболее значимые для метрологического обеспечения оптико-физических измерений результаты научно-исследовательских работ, выполненных ВНИИОФИ за период 2016–2025 гг.

Рассмотрены различные методы и средства воспроизведения и передачи единицы поляризационной модовой дисперсии в оптическом волокне в широком спектральном диапазоне. Полученные результаты исследований позволили усовершенствовать Государственный первичный специальный эталон единицы поляризационной модовой дисперсии в оптическом волокне ГЭТ 185-2010 и утвердить Государственный первичный специальный эталон единицы поляризационной модовой дисперсии в оптическом волокне ГЭТ 185-2025, который обеспечивает воспроизведение и передачу указанной единицы поляриметрическим и интерферометрическим методами в требуемом спектральном диапазоне 1260–1650 нм. Предложен способ передачи малых значений (менее 5 пс) единицы измерений поляризационной модовой дисперсии в оптическом волокне от ГЭТ 185-2025 к высокоточным средствам измерений поляризационной модовой дисперсии. Принцип действия высокоточных средств измерений поляризационной модовой дисперсии основан на интерферометрическом методе с использованием широкополосного источника оптического излучения. Представлены результаты разработки и включения в состав ГЭТ 185-2025 установки для измерений спектра оптического излучения широкополосных источников, применяемых в высокоточных средствах измерений поляризационной модовой дисперсии в оптическом волокне. Приведены результаты международных сличений ГЭТ 185-2025 в части поляриметрического метода воспроизведения единицы. Описаны состав и метрологические характеристики ГЭТ 185-2025. ГЭТ 185-2025 метрологически обеспечивает волоконную оптику как в производственных областях, так и в научно-технической сфере.

При создании и сертификации источников лазерного излучения необходимо знать характеристику, определяющую сходство пространственных распределений интенсивности излучаемых пучков с гауссовым распределением. Такой характеристикой служит известная числовая мера М². Однако на практике для расширения знаний о параметрах лазерного пучка требуются дополнительные меры, позволяющие оценивать сходство пространственного распределения его интенсивности не только с гауссовым, но и с произвольно заданным распределением. Авторами ранее разработаны методы идентификации на основе таких мер, позволяющие устранить недостатки меры М ². Для подтверждения правильности теоретических выводов экспериментально оценены четыре метода идентификации пространственных распределений интенсивности лазерных пучков твердотельного импульсного источника лазерного излучения LS-2131M-10-SHG-MN (Белоруссия). Пространственные распределения интенсивности излучаемых пучков сравнены с гауссовым распределением. С помощью предложенных дополнительных мер, в отличие от меры М ², можно проводить идентификацию в реальном времени. В экспериментах использован разработанный во Всероссийском научно-исследовательском институте оптико-физических измерений макет средства измерений пространственного распределения интенсивности лазерного пучка с многоэлементным измерительным преобразователем Contrastech Mars 4100-904100-90 (Китай) и компьютером со встроенной программой идентификации пространственных распределений лазерных пучков. Экспериментально установлено, что меры идентификации характеризуются высокой чувствительностью к изменению формы пространственного распределения интенсивности лазерного пучка и могут быть полезным инструментом при настройке лазерных источников в реальном времени.

Рассмотрены проблемы метрологического обеспечения средств измерений показателя преломления твёрдых оптических материалов (кремния, германия и т. п.), применяемых в инфракрасном диапазоне спектра (инфракрасных материалов). Показатель преломления оптических материалов в инфракрасном диапазоне длин волн необходимо знать с высокой точностью при разработке оптики для тепловизоров, приборов ночного видения и т. п. В настоящее время актуальны задачи разработки отечественных средств измерений показателя преломления в инфракрасной области спектра и анализ погрешностей данных измерений. Представлена схема разработанного инфракрасного рефрактометра на базе гониометра. С помощью данного рефрактометра реализован метод наименьшего отклонения для измерений показателя преломления инфракрасных материалов в автоматическом режиме. Проанализирована погрешность измерений показателя преломления инфракрасных материалов методом наименьшего отклонения с помощью разработанного инфракрасного рефрактометра на базе гониометра с учётом влияния погрешностей измерений угла призмы, угла отклонения луча, длины волны излучения и температуры. Рассмотрено влияние дифракции на погрешность измерений углов отклонения излучения инфракрасного диапазона. Оценена суммарная погрешность измерений показателя преломления соответственно германия и кремния в диапазонах 3–5 и 8–12 мкм, которая составила 4,1·10^–5 и 2,5·10^–5. Полученные результаты важны для выработки требований к составным частям Государственного первичного эталона единицы показателя преломления ГЭТ 138-2021 при его совершенствовании с целью расширения диапазона длин волн на средний и дальний инфракрасный диапазоны.

Развитие волоконно-оптических систем связи и передачи данных порождает ряд новых задач, среди которых особую актуальность приобретает защита информации от несанкционированного доступа. В ответ на эту потребность возникла квантовая криптография – оптические криптографические системы с квантовым распределением ключа. Такие системы обеспечивают защиту каналов связи посредством шифрования данных одноразовым секретным ключом. В основе теории, гарантирующей секретную передачу ключа, лежит принцип неопределённости Гейзенберга и теорема о запрете клонирования квантовых состояний элементарных частиц. Однако реальные образцы систем квантовой криптографии имеют уязвимости, связанные с неидеальностью используемых компонентов, в том числе оптических. Важной частью систем квантового распределения ключа являются однофотонные фотодетекторы и источники одиночных фотонов. Проанализированы основные виды атак на аппаратуру квантового распределения ключей и выделены ключевые параметры источников одиночных фотонов и однофотонных фотодетекторов, знание фактических значений этих параметров может быть критически важным при доказательстве устойчивости системы к атакам. Представлены аппаратура и методы исследования источников одиночных фотонов. Особое внимание уделено источникам, работающим по принципу ослабления оптических импульсов лазера. Описана методология подходов, применяемых для получения и экспериментального подтверждения статистических характеристик источников, приведены результаты экспериментов. Представлены метод и результаты исследования квантовой эффективности и вероятностей ложных срабатываний стробируемых однофотонных фотодетекторов с волоконным входом. Все описанные методы измерений гармонизированы с рекомендациями Европейского института телекоммуникационных стандартов и в совокупности с измерительными установками позволяют измерять параметры источников и детекторов одиночных фотонов при экспертной оценке уязвимостей систем квантовой криптографии.

Представлены итоги создания в Российской Федерации системы метрологической прослеживаемости результатов измерений метеорологической оптической дальности трансмиссометрами и нефелометрами к государственному первичному эталону. Для решения задач воспроизведения, хранения и передачи единицы светового коэффициента пропускания измерителям метеорологической оптической дальности методом трансмиссометра разработана и создана специализированная спектрофотометрическая установка, оснащённая комплектом эталонных нейтральных светофильтров большого диаметра (140 мм). Созданная установка включена в состав Государственного первичного эталона единиц координат цвета, координат цветности и светового коэффициента пропускания ГЭТ 81-2023. Метеорологическая оптическая дальность характеризует дальность видимости в атмосфере, обусловленную эффектами поглощения и рассеяния оптического излучения. Метеорологическая оптическая дальность имеет прямую связь со световым коэффициентом пропускания атмосферного воздуха. Таким образом, единство измерений метеорологической оптической дальности должно быть обеспечено прослеживаемостью измерителей светового коэффициента пропускания атмосферного воздуха к государственному первичному эталону. Эталонная установка воспроизводит единицу светового коэффициента пропускания в диапазоне абсолютных значений 0,027–0,993 с суммарной стандартной неопределённостью 0,00042. Эталонные светофильтры большого диаметра позволяют передать единицу светового коэффициента пропускания трансмиссометрам, предназначенным для измерений светового коэффициента пропускания атмосферного воздуха в натурных условиях и воспроизводящим единицу метеорологической оптической дальности. Описаны нефелометрический метод измерений и передача единицы метеорологической оптической дальности нефелометрам. Созданная установка возглавляет Государственную поверочную схему и обеспечивает прослеживаемость к ГЭТ 81-2023 средств измерений метеорологической оптической дальности, применяемых в метеорологии, системе безопасности авиаперелётов, судоходстве, дорожном хозяйстве.

Представлены результаты исследований экспериментального образца квантового матричного сенсора, созданного с использованием гибридных технологий и предназначенного для решения малофотонных задач. Гибридные технологии объединяют функциональные возможности вакуумных электронно-оптических преобразователей и кремниевых матричных фоточувствительных устройств. Электронно-оптические преобразователи обеспечивают высокий коэффициент усиления яркости оптического излучения при низком уровне шума, а матричные фоточувствительные устройства – высокий уровень обработки пространственного яркостного распределения оптического излучения. Комплексирование этих возможностей позволяет средствам фотоники продвинуться в малофотонную область. Гибридные квантовые матричные сенсоры позволяют выполнять измерения в режиме счёта фотонов, т. е. измерять параметры объектов, от которых на сенсор попадает счётное количество фотонов. Это значительно расширяет возможности фотоники в медицине, биологии, астрономии, дистанционном зондировании Земли, квантовых коммуникациях и т. д.

Проведён обзор оптических наносенсоров – датчиков, которые преобразуют изменение свойств нанообъектов, помещённых в исследуемую среду и взаимодействующих с анализируемыми в ней молекулами, в аналитически полезную информацию. Данная информация содержит характеристики светового излучения и их изменение в результате различных оптических эффектов (абсорбции, флуоресценции, упругого и комбинационного рассеяния света и т. п.). Главные достоинства оптических наносенсоров – простота и экспрессность анализа, невысокая стоимость, возможность использования непосредственно на месте взятия пробы. Применение оптических наносенсоров открывает новые возможности в клинической лабораторной диагностике, в том числе в персонализированной медицине, при контроле продуктов питания и продовольственного сырья, для экологического мониторинга. Описаны принципы работы наносенсоров на основе динамического рассеяния света (сенсор на антибиотик в молоке и воде) и на совместном использовании статического и динамического рассеяния света (сенсор на возбудитель одной из грибковых инфекций). Представлены разработанные во Всероссийском научно-исследовательском институте оптико-физических измерений (ВНИИОФИ) подходы к построению рассматриваемых наносенсоров. Предложенные авторами подходы позволяют реализовать уменьшение размеров агрегатов наночастиц с увеличением концентрации аналита. Изложены принципы построения наносенсоров на основе эффектов флуоресценции. Представлен разработанный наносенсор на восстановленный глутатион (соединение, играющее важную роль в защите организма от окислительного стресса), использующий эффект восстановления под действием аналита потушенной флуоресценции квантовых точек. Обсуждены перспективы применения представленных подходов и дальнейшего развития оптических наносенсоров.

Обеспечение единства измерений параметров импульсных электромагнитных факторов критически важно для повышения достоверности испытаний на помехоустойчивость авиационной и ракетно-космической техники, оборудования информационно-коммуникационных технологий. Приведён обзор эксплуатируемых в Российской Федерации средств измерений параметров электромагнитных импульсов с указанием типов и основных метрологических характеристик. Показана прослеживаемость данных средств измерений к государственным первичным эталонам единиц напряжённостей импульсных электрического и магнитного полей, высокого импульсного электрического напряжения и импульсного тока. Проведён сравнительный анализ состояния метрологического обеспечения измерений параметров импульсных электромагнитных полей, токов и напряжений в России и за рубежом. Cформулированы основные направления совершенствования эталонной базы Российской Федерации с целью метрологического обеспечения перспективных типов средств измерений параметров импульсных электромагнитных полей. Обоснован выбор пирамидальной ТЕМ-камеры (GTEM-ячейки) в качестве полеобразующей системы эталонов для воспроизведения импульсных электрического и магнитного полей большой длительности с фронтом в диапазоне десятков пикосекунд. Рассчитаны геометрические параметры конструктивных элементов пирамидальной ТЕМ-камеры, оценены амплитудновременной диапазон и неопределённость воспроизведения единиц. Перспективным направлением дальнейших исследований по обеспечению единства измерений параметров импульсных электромагнитных полей является нормирование погрешности динамических характеристик средств измерений в пикосекундном диапазоне.

Рассмотрено метрологическое обеспечение физико-химических измерений состава материалов, содержащих редкие и редкоземельные металлы. Особое внимание уделено роли стандартных образцов состава веществ и материалов в обеспечении единства физико-химических измерений с применением спектральных методов. Описана методика разработки стандартных образцов с использованием оборудования Государственного первичного эталона единиц массовой (молярной) доли и массовой (молярной) концентрации компонентов в жидких и твёрдых веществах и материалах на основе спектральных методов ГЭТ 196-2023. Разработано 16 стандартных образцов состава редких и редкоземельных металлов утверждённого типа, приведены метрологические характеристики образцов. Достигнута высокая точность измерений характеристик стандартных образцов с помощью ГЭТ 196-2023. Метрологическое обеспечение аналитического контроля редких и редкоземельных металлов имеет важное практическое значение для развития промышленности, научных исследований и получения качественной продукции. Результаты работы актуальны для обеспечения прослеживаемости физико-химических измерений в различных областях науки и техники – металлургической и химической промышленности, медицине, экологическом мониторинге, электронике и информационных технологиях, энергетическом комплексе, оборонной промышленности, авиакосмической отрасли и пр.