Microsoft Word - E_Karakoleva_recenzia_M.Kuneva.docx

Препис

1 РЕЦЕНЗИЯ По конкурс за заемане на академично звание ДОЦЕНТ По специалност съгласно обявата в ДВ бр. 13 от , стр. 39 С кандидат: Елка Иванова Караколева, дф, гл. ас. в ИФТТ-БАН Рецензент: Мариана Кънчева Кънева, дф, доц. в ИФТТ-БАН 1. Гл. ас. д-р Елка Караколева е единствен кандидат, участващ в обявения от ИФТТ конкурс за доцент по научна специалност от професионално направление 4.1. Физически науки ( Електрични, магнитни и оптични свойства на кондензираната материя ). Получила е магистърска степен по физика от Софийския университет Св. Кл. Охридски, специалност инженерна физика със специализация по ядрена техника. Работила е 4 години в ИЯИЯЕ като редовен аспирант към проблемна група Оптимизация на работата на ядрените енергийни реактори с тема на аспирантурата Физически методи и алгоритми за пресмятане на ефективни усреднени сечения за реакторите ВВЕР-1000, отчислена е с право на защита. От 1985 г. е на работа в ИФТТ, където получава докторско звание след свободна докторантура на тема Влакнестооптични компоненти на базата на взаимодействие със затихващото поле на вълноводни моди. За конкурса д-р Караколева е представила 24 публикации, които могат да бъдат класифицирани в две основни области: влакнеста-оптика (19 публикации и 10 доклада на конференции) и реакторна физика (5 публикации и 2 доклада на конференции). Характерно е, че всяка една от публикациите представлява изледване на конкретен проблем без да има припокриване на текстове и резултати, освен там, където това е неизбежно. Представените по конкурса документи са много добре подготвени и лесни за анализ. 2. Публикациите преди получаване на докторската степен са 13, тези, обхванати в докторската дисертация са 10, (съответно 14 не са включени в дисертацията), след това тя има 1 публикация, което се дължи на много краткия интервал между получаването на докторската степен и обявяването на настоящия конкурс. 3. Основните научни интереси и дейност на д-р Елка Караколева в областта на влакнестата оптика обхващат числено моделиране (създаване на програмни кодове и програми) за пресмятане и анализ на различни видове оптични влакна (ОВ), планарни вълноводни и влакнесто-оптични структури, с оглед на технологията, оптимизирането и приложението на такива структури в различни сензорни елементи, създаване и експериментално изследване на такива структури, числено моделиране на фотоннокристални влакна (ФКВ). Дейността на д-р Караколева в областта на реакторната физика е посветена на създаването на модулна система с база данни за пресмятане на неутронно-физическите характеристики на ядрени реактори от типа ВВЕР-1000 и адаптация на програмен код за пресмятане на малогрупови константи на области от активната зона на тези реактори. Като участие във внедрителски разработки (създаване на апаратура и методики) може да се посочи изработването и предоставянето на образци (едномодови страничнополирани влакнесто-оптични елементи) за научните изследвания на Научния център по влакнеста оптика РАН и Института по проблеми на лазерните и информационни технологии - РАН и създаването на уникални програмни продукти за приложения във влакнестата оптика и реакторната физика.

2 Заслужава да се отбележи съществения брой проекти, в които гл. ас. Караколева е участвала, вкл. и международни, както и дейността й в различни екипи (вкл. и международен екип от учени). Участвала е в общо 11 проекта, успешно завършени (2 вътрешни, 3 международни с Institute for Physical High Technology, Йена, 3 с Комитета по наука и 3 с МОНТ). Тя работи в сътрудничество с колективи от ИОНХ, ИЕ, Institute for Physical High-technology в Йена. Работила е също така с екипи от Отдела по физика на ядрените реактори на Комбинат Крафтверсанлагенбау, Берлин и ИАЕ Курчаров, Москва. Била е рецензент на статии за научни списания (2). Има 10 участия в конференции с 2 постера и 10 доклада. Актуалността и важната роля на изследванията на д-р Караколева се определят от широкото използване на оптоелектронни компоненти и устройства в съвременните информационни технологии и системите за транспорт, навигация и контрол. Голямото разнообразие и все по-широкото приложение на влакнесто-оптичните датчици включва елементи и структури за регистриране на промените в показателя на пречупване, използващи резонансен повърхнинен плазмон, интерферометри, оптични вълноводи, оптични влакна, фотонни кристали, много често в комбинация, за да се използват предимствата на всяка една от структурите и се подобри действието на датчика. В момента усилията са насочени към повишаване на качествата и подбор на вълноводните материали, разработване на нови датчици и оптимизиране на конструкциите на съществуващите. Численото моделиране на вълноводните характеристики и в частност на конструкциите със странично-полирано влакно и планарен вълновод и на микроструктурираните влакна, е насочено към повишаване точността на резултатите при намаляване на разхода на изчислителния ресурс. Третирането на тези проблеми е предмет на изследователската дейност на д-р Елка Караколева. 5. Основните научни приноси могат да бъдат обособени в 3 групи: 1. Програмни продукти за нуждите на реакторната физика (с подчертано приложно значение): - Създаване на компютърен код, чрез модификация на кодове за пресмятане на двумерни разпределения на потоци от бързи и топлинни неутрони, на плътността на мощността и дълбочината на изгаряне на ядрено гориво в по-гъста мрежа от точки по сечението на касета с половината от прилежащите й касети с гориво [19]. Кодът, със съответното ръководство за ползването му, е включен в комплект програми за пресмятане на характеристиките на активната зона на реактори от типа ВВЕР и е особено необходим за анализ на безопасността на реактора. - Създаване на модулна система с база данни за оценка на неутронно-физическите характеристики на елементарна клетка от решетката на реакторите от типа ВВЕР в бързата и резонансната енергетични области [13, 18, 24]. 2. Пресмятане, изработване и експериментално изследване на нови конструкции влакнестооптични елементи със сензорно действие: - Дълговълнов отрязващ филтър, тесноивичен спектрален филтър и ивичен спектрален филтър на основата на разпределен съединител с вълноводна структура от странично-полирано едномодово ОВ и симетричен планарен вълновод (ПВ). Експериментално и теоретично е изследвано спектралното поведение на структурата и зависимостта на поведението й от дълбочината на полиране. Управлението на спектралните зависимости на мощността чрез изменение на показателя на пречупване на ПВ е изследвано с теорията на свързаните модове и показва как се отместват

3 резонансните минимуми и как се променя интензитета им при резонанс на мода на влакното и различните модове на ПВ [12 цитирана 12 пъти]. Спектралните области за работа на създадените тесноивични филтри, поляризатори и рефрактометрични сензорни елементи са в телекомуникационните прозорци за оптични влакна ( nm и nm), което ги прави особено приложими в телекомуникационните системи. Серии от филтри (ивични, тесноивични поглъщащи, спектрални ивични) на основата на вълноводна структура от полирано (вън или вътре в сърцевината) ОВ, свързано с многомодов симетричен ПВ, при малки разлики в показателите на пречупване (ПП) на средите в структурата. Обяснен е механизмът на разпространение на светлината в структурата и е посочена причината за появата на ефекта на ивичния филтър [11]. Приносът може да се отнесе към получаване на нов ефект и теория за обяснението му. Тесноивични спектрални поглъщащи филтри, рефрактометрични сензорни елементи (рефрактометричните датчици са едни отнай-перспективните за практическо приложение) и широкоивични пренастройваеми поляризационни филтри с поглъщане на ТЕ и ТМ поляризация на базата на разпределен разклонител със структура странично-полирано едномодово влакно-пв с висок ПП (едномодов или поддържащ малко модове ПВ). Дебелината на вълноводния слой (ZnO, -Si) за най-ефективно взаимодействие между модовете и съответно най-висока чувствителност на филтъра е пресметната теоретично [4 (цитирана 10 пъти), 8, 10 (цитирана 25 пъти), 16, 22]. Създаден е рефрактометричен датчик с голяма чувствителност [8] за in-situ контрол на процеса на отлагане на слоя, осигуряващ висока възпроизводимост на качеството и дебелината му - принос към създаването на устройства с приложение в технологията за отлагане на тънки слоеве. Сензорни елементи за регистрация на газови компоненти на основата на структура едномодово ОВ - ПВ с използване на тънки слоеве от метален оксид в качеството на планарни вълноводи. Дължината на взаимодействие, размерите на влакното (диаметър) и т.н. се избират след предварително числено моделиране на модовото поле. Елементите могат да се използват и за термодатчици, тъй като показват отместване на резонансния минимум при промяна на температурата. Изследвано е влиянието на структурата на металния слой (големината на частиците) върху чувствителността на елемента към наличието на определен газ (амоняк, бутан, азот) при стайна температура. Установено е, че при наноструктуриран ПВ, сензорният елемент показва значително по-висока чувствителност, отколкото при гладък или порьозен слой и дава възможност за измерване на много ниски концентрации на амоняк във въздуха [3, 5, 6]. Направена е числена оценка на чувствителността на датчика като е пресметната теоретично зависимостта на спектралното поведение (резонансната дължина на вълната) от дебелината на отложения слой от цинков окис. Предложен е принципно нов елемент за газов датчик с висока спектрална разделителна способност (0.1 nm) и висока чувствителност (300 ppm NH 3 ). Тези изследвания са с много голямо практическо значение, не случайно посветените на тях статии са най-много цитирани, въпреки че са от последните години (5 цитирана 43 пъти, 3 36 пъти, 6 17 пъти). Експериментално изследване на работата на едномодово полирано в сърцевината влакно като прост по конструкция рефрактометър (сензорен елемент) за измерване на ПП и идентификация на течности, поради влиянието на средата над полираната повърхност върху модовите полета на различните поляризации и константите им на разпространение. Изследвано е как дълбочината на полиране влияе върху пропускането на влакното при дадена дължина на вълната, което позволява да се избере област на максимална чувствителност на влакното към промените на показателя

4 на пречупване на външната среда (ППВС). На практика това е разработване и пълно изследване на възможностите на нов сензорен елемент. Филтърът може да се управлява чрез промяна на ППВС - при намаляването му краят на филтъра се придвижва към покъсите вълни. За полирани по-малко в сърцевината влакна съществуват широки спектрални области, където измененията на сигнала на изхода на влакното са минимални за стойности на ППВС, интересни за практически приложения [9 цитирана 37 пъти]. 3. Числено моделиране на полетата в оптични влакна и елементи на базата на ОВ. Създаване на програмни кодове и програми. Предложена е модификация на метода на Галеркин, с която числено са моделирани характеристиките на странично-полирано едномодово и двумодово ОВ с вписана в сърцевината Брегова дифракционна решетка. Направени са числени оценки, подпомагащи провеждането на експериментите по създаването им. Получени са важни графични зависимости за оценка на влиянието на параметрите на влакното: остатъчната обвивка и числовата апертура, както и на работната дължина на вълната за чувствителността на рефрактометричния елемент. Показано е, че ефективните ПП на модовете намаляват с намаляване на остатъчната обвивка, а увеличаването на работната дължина на вълната и числовата апертура води до по-голяма разлика в ефективните ПП на модовете на полирано и неполирано оптично влакно. Установено е, че измененията на ПП на втория мод зависят не само от поляризацията, но и от пространствената ориентация на мода спрямо равнината, ограничаваща сърцевината [7- цитирана 5 пъти]. Създадената програма се използва за оптимизиране на рефрактометрични сензорни елементи с Брегови влакна. Приносът може да се отнесе към създаване на програмен продукт с намален изчислителен ресурс и висока точност на пресмятанията. Направено е усъвършенстване на метода на Галеркин чрез използване на синусови функции в приложението му за моделиране на ФКВ, в което се отчита точния профил на ПП на влакното и се постига аналитично пресмятане на интегралните изрази за елементите на матриците на собствените стойности на модове на фотонно-кристални влакна с произволно разположение на дупки с постоянен ПП. Въведените изменения значително подобряват неговата бързина и точност. Методът дава възможност да се решават аналитично интегралите за дупки и включвания със симетрична форма. Относителната грешка е с два порядъка по-малка, отколкото при използване на метода на плоските вълни и с три порядъка по-малък е броят на членовете в развитието на полетата. В сравнение със съществуващите други методи за пресмятане на фотоннокристално влакно, предложеният е с най-добра точност по отношение на ефективния показател на пречупване и с най-малък изчислителен ресурс. Изведени са формули за пресмятане на дупки с произволна форма и брой с оригинален подход при избора на координатна система - разполагане на локална координатна система в центъра на всяка дупка и на всяко материално включване. Пресмятането е оптимизирано за дупки и материални включвания с произволна форма, като дупките и материалните включвания са апроксимирани със слоеве от успоредни правоъгълници, завъртяни под различни ъгли спрямо оста х на глобалната координатна система [1,2,14,15,20] - много сериозни и модерни публикации, които могат да се отнесат към създаване на нов метод. Създаден е програмен код за предложения модифициран метод на Галеркин. Представени са пресметнатите ефективни ПП на основния мод на влакното с един и с два пръстена от дупки, напречните разпределения на векторното магнитно поле,

5 контурните и триизмерните му графики. Приносът е към създаване на нов програмен продукт. Основните приноси в областта на влакнестата оптика могат да се обобщят като: създаване на нови сензорни елементи и получаване на нови резултати, предлагане на нови числени методи и създаване на програмни продукти за пресмятане на структури с принос в проектирането и изработването на влакнесто-оптични датчици на базата на оптично влакно-планарен вълновод и на фотонно-кристални влакна. Направен е съществен принос в численото моделиране на полетата в разглежданите структури. Може да се счита, че резултатите от изследванията на д-р Караколева са приложени в научната практика, тъй като технологичните подобрения, конструктивните решения и методите за пресмятане са използвани и широко цитирани. Те имат и голям потенциал за икономически ефект, който би бил възможен при работеща икономика Представените за конкурса статии включват 13 в списания с импакт-фактор (в 5 от тях кандидатката е първи автор), 6 в списания без импакт-фактор (в 2 от тях кандидатката е първи автор, а едната е самостоятелна (авторефератът на докторската дисертация) и 5 доклада в пълен текст в сборници от конференции (в един от тях кандидатката е първи автор), т.е. в близо 1/3 от общия брой публикации тя е първи автор. Характерът на изследователската дейност на д-р Е. Караколева не предполага самостоятелни публикации, тъй като цялостната й дейност е свързана с теоретично моделиране и подсигуряване на сложни експерименти, осъществявани в колектив. Общият импакт-фактор е висок , индивидуалният е стойности, които са показател за високото качество на нейните изследвания и публикации. Забелязаните цитати са 187, от които в списания, конференции и книги са 154 и 33 са в дисертации. Цитатите в дисертации често пъти се подценяват при наукометричните оценки, въпреки че би трябвало да са по-високо оценявани, тъй като обикновено там се цитират публикации с методологично значение и фундаментална стойност. Всички са от чуждестранни учени, автоцитати и скрити автоцитати няма. Цитираните статии са 10 на брой, като три от тях са с над 35 цитата. Н-индексът е 7. Големият брой цитати на трудовете на гл. ас. Е. Караколева също доказва актуалността, значимостта и високото качество на нейната работа. От предоставените ми в пълен текст 81 статии, цитиращи публикации на д-р Караколева, формалните цитати са 29, 38 оценявам като неформални, а за 14 от статиите не мога да определя вида на цитатите (в повечето от тях са цитирани по няколко статии), тъй като не са на английски език (напр. на корейски). Най-често цитирани са: доброто съвпадение на експерименталните резултати с пресметнатите по метода на свързаните модове (потвърждение на ефективността на метода за моделиране на свойствата на структура планарен вълновод-оптично влакно) [12], сензора за амоняк със странично-полирано влакно и планарен вълновод от ZnO [3,6] с подобрена чувствителност при стайна температура единствен по рода си засега, предимствата на структурите със странично-полирано влакно [9, 10], зависимостта на междумодовото взаимодействие от дебелината на металния слой [14], параметрите на лазерната аблация за получаване на качествен наночастичен слой от ZnO [5], високата чувствителност на датчика за амоняк [5], метода за пресмятане на размера на отложените наночастици от цинков окис [5], методиката за определяне на резонансните дължини на вълната за конкретна структура [10], ролятa на дълбочината на полирането върху чувствителността на датчик на базата на структура планарен вълновод-странично-полирано оптично влакно [12].

6 8. Критични бележки нямам. 9. С д-р Елка Караколева сме състудентки, работим в една и съща лаборатория, така че имам дългогодишни лични впечатления от нея и работата й. Като рецензент на докторската й дисертация бях респектирана от нейната ерудиция, от целенасочеността и задълбочеността на нейните изследвания. Считам, че това е един изграден и зрял учен с голям принос за успехите на групата, в която работи. Цялостната й дейност представлява един христоматиен пример за връзка и взаимодействие между експеримент и теория, много приятно впечатляващ поради дълбочината на тази връзка и ефективността на това взаимодействие. Този конкурс идва с известно закъснение, като се имат предвид приносите на кандидатката и цялостната й дейност. Това се дължи в голяма степен на нейната взискателност и желание за прецизиране, характерно за целия колектив, в който работи тя. Също и на обективни причини, като връзката теория-експеримент, за реализирането на която е необходимо чисто технологично време, както и заради експерименталните и методологични трудности при всяко конкретно изследване. 10. Оценявам високо научната дейност на д-р Елка Караколева и считам, че тя напълно отговаря на изискванията на Закона за развитието на академичния състав в Република България и Правилника за неговото приложение за професионалното направление 4.1. Физически науки. Убедено препоръчвам на членовете на Научното жури и на членовете на Почитаемия НС на ИФТТ да присъдят на гл. ас. д-р Елка Иванова Караколева научното звание доцент Рецензент: /Мариана Кънева/