Fotoonika- distsipliin, mis käsitleb optiliste signaalidega töötamise fundamentaalseid ja rakenduslikke aspekte, samuti nende alusel erinevatel eesmärkidel seadmete loomist.
|
Üldine informatsioon
Fotoonika on sisuliselt elektroonika analoog, kasutades elektronide asemel elektromagnetvälja kvante – footoneid. See tähendab, et see tegeleb fotooniliste signaalide töötlemise tehnoloogiatega, mis on seotud oluliselt väiksemate energiakadudega, mis tähendab, et sellel on suurem miniaturiseerimisvõimalus.
Nii et fotoonika:
- uurib footonite genereerimist, juhtimist ja tuvastamist nähtavas ja lähispektris. Sealhulgas ultraviolett (lainepikkus 10…380 nm), pikalaineline infrapuna (lainepikkus 15…150 µm) ja ultra-infrapunane osa spektrist (näiteks 2…4 THz vastab lainepikkusele 75…150 µm), kus kvant tehnoloogiad arenevad tänapäeval aktiivselt.kaskaadlaserid.
- tegeleb optiliste signaalide juhtimise ja muundamisega ning omab laia rakendust: alates info edastamisest läbi optiliste kiudude kuni uute andurite loomiseni, mis moduleerivad valgussignaale vastavalt väikseimatele keskkonnamuutustele.
Fotoonika hõlmab laia valikut optilisi ja optoelektroonilisi seadmeid ning nende erinevaid rakendusi. Peamised fotoonika uurimisvaldkonnad hõlmavad fiiberoptikat ja integreeritud optikat, sealhulgas mittelineaarset optikat, pooljuhtühendite füüsikat ja tehnoloogiat, pooljuhte , optoelektrooniline , suure kiirusega elektroonikaseadmed.
Abiteemad
kristallid
Peamine artikkel:
kristallid- Need on tahked ained, millel on korrapärase sümmeetrilise hulktahuka loomulik väline vorm, mis põhineb nende sisemisel struktuuril, st ühel mitmest ainest moodustavate osakeste (aatomite, molekulide, ioonide) korrapärasest paigutusest.
Kristallid jagunevad vastavalt nende omadustele:
Optika
Peamine artikkel:
Optika(alates muu kreeka keel ὀπτική - optika, visuaalse tajumise teadus) – füüsika haru, mis käsitleb nähtusi, mis on seotud elektromagnetlainete levimisega spektri nähtavas, infrapuna- ja ultraviolettkiirguses. Optika kirjeldab valguse omadusi ja selgitab sellega seotud nähtusi. Optilisi meetodeid kasutatakse paljudes rakendusvaldkondades, sealhulgas elektrotehnikas, füüsikas, meditsiinis (eelkõige oftalmoloogias ja radioloogias). Nendes, aga ka interdistsiplinaarsetes valdkondades kasutatakse laialdaselt rakendusoptika saavutusi.
Optikas on peamised teemad:
- Lameoptika – uued artiklid peagi tulemas
- Plastikust optika – uued artiklid peagi tulemas
laserid
Peamine artikkel:
Laser(inglise keelest laser, akronüüm löö a võimendamine poolt s simuleeritud e missioon r kiirgus"valguse võimendamine stimuleeritud kiirgusega") või optiline kvantgeneraator on seade, mis muundab pumba energia (valgus-, elektri-, soojus-, keemilise jne) koherentse, monokromaatilise, polariseeritud ja kitsalt suunatud kiirgusvoo energiaks.
Laserite teemal:
- VCSEL Advantage – peagi on tulemas rohkem artikleid
- Laserid: põhitõdede mõistmine – peagi on tulemas rohkem artikleid
- Laseri ajalugu – peagi on tulemas rohkem artikleid
Seadmed
Peamine artikkel:
Keerulise sisestruktuuriga inimtekkeline objekt (seade, mehhanism, struktuur, installatsioon), mis on loodud teatud funktsioonide täitmiseks, tavaliselt tehnikavaldkonnas.
- Seade (raadiotehnika) - elementide kogum, mis esindab ühtset struktuuri (plokk, tahvel). Sellel ei pruugi tootes olla konkreetset funktsionaalset eesmärki.
Lisateavet seadmete kohta:
- Fotomeetriline pall – peagi on tulemas rohkem artikleid
- Interferomeetria – uued artiklid peagi tulemas
Fotoonika ajalugu
Terminit "fotoonika" hakati laialdaselt kasutama 1980. aastatel seoses elektrooniliste andmete fiiberoptilise edastuse laialdase levikuga telekommunikatsioonivõrgu pakkujate poolt (kuigi optilist kiudu kasutati varem kitsamas kasutuses). Termini kasutamine leidis kinnitust, kui IEEE kogukond asutas 1980. aastate lõpus arhiveeritud paberi nimega "Photonics Technology Letters".
Sel perioodil, kuni umbes 2001. aastani, oli fotoonika koondunud suures osas telekommunikatsioonile. Alates 2001. aastast on seda nimetatud ka kui:
- laseri tootmine (),
- bioloogilised ja keemilised uuringud,
- kliimamuutused ja keskkonnaseire,
- meditsiiniline diagnostika ja ravi,
- kuvamis- ja projektsioonitehnoloogia,
- optiline andmetöötlus.
Fotoonika seos teiste teadusvaldkondadega
Klassikaline optika
Fotoonika on optikaga tihedalt seotud. Optika on aga enne valguse kvantiseerimise avastamist (kui fotoelektrilist efekti selgitas Albert Einstein 1905. aastal). Optika tööriistad - murdumislääts, peegelpeegel ja erinevad optilised ühikud, mis olid tuntud juba ammu enne 1900. aastat. Samas klassikalise optika põhiprintsiibid, nagu Huygensi reegel, Maxwelli võrrandid ja valguse joondamine. laine, ei sõltu valguse kvantomadustest ja neid kasutatakse nii optikas kui ka fotoonikas.
Kaasaegne optika
Mõiste "fotoonika" on selles valdkonnas laias laastus mõistete "kvantoptika", "kvantelektroonika", "elektrooptika" ja "optoelektroonika" sünonüüm. Iga terminit kasutavad aga erinevad teadusseltsid erineva lisatähendusega: näiteks termin "kvantoptika" tähistab sageli alusuuringuid, termin "fotoonika" aga rakendusuuringuid.
Optika on üks vanimaid ja hinnatumaid teadusi, mis uurib valguse teket, levikut ja registreerimist.
Optika kaasaegne arenguetapp
Teadusmaailmas arvatakse, et kolm viimaste aastate suurt avastust on optikat kui teadust suuresti ajakohastanud ja aidanud kaasa selle rolli tugevdamisele kaasaegsete tehnoloogiate arendamisel:
- laseri leiutamine;
- väikeste kadudega optilise kiu loomine;
- pooljuhtlaserite ehitus.
Nendest leiutistest sündisid uued teadusharud, näiteks:
- elektrooptika;
- optoelektroonika;
- kvantelektroonika;
- kvantoptika ja teised.
Mõistet "elektrooptika" kasutatakse teadusharu tähistamiseks, mis käsitleb optiliste seadmete tööpõhimõtteid, nähtusi ja konstruktsiooni iseärasusi, milles elektrilised efektid mängivad kõige olulisemat rolli. Nende optiliste seadmete hulka kuuluvad näiteks:
- laserid;
- elektrooptilised modulaatorid;
- lülitid.
Optoelektroonika käsitleb ühel või teisel viisil valgusega ühendatud seadmeid ja süsteeme, milles elektrooniline olemus on hädavajalik. Selliste seadmete näited on:
- LED-id;
- vedelkristallkuvarid;
- maatriksfotodetektorid.
Kvantelektroonika osa on pühendatud seadmetele ja struktuuridele, mille aluseks on valguslaine koostoime ainega. Kvantelektroonika seadmed hõlmavad lasereid ja mittelineaarseid optilisi seadmeid, mida kasutatakse lainete võimendamiseks ja nihutamiseks.
Kvantoptika on pühendatud peamiselt valguse kvant- ja koherentsetele omadustele.
Mõistet "optiline tehnoloogia" kasutatakse nüüd optilises sides ja optilises teabetöötluses kasutatavate seadmete ja süsteemide kirjeldamiseks.
Fotoonika kui optika järgija
Mõiste fotoonika peegeldab seost optika ja elektroonika vahel. Seda suhet tugevdab pooljuhtmaterjalide ja -seadmete kasvav roll optilistes süsteemides.
Sellega seoses uurib elektroonika elektrilaengute voo kontrollimise protsesse vaakumis ja aines, samas kui fotoonika vastutab footonite juhtimise eest vabas ruumis või materiaalses keskkonnas. Mõlema teadusliku sektsiooni teemavaldkonnad kattuvad, kuna elektronid suudavad juhtida footonite voogu ja footonid elektronide voogu.
Nimetus "fotoonika" viitab valguse osakeste olemuse mõistmise olulisusele paljude optikaseadmete tööpõhimõtete kirjeldamisel.
Fotoonika uurib järgmisi protsesse ja nähtusi:
- Protsessid koherentse valguse genereerimiseks laserite ja ebaühtlase valguse tekitamiseks luminestsentsallikate, näiteks LED-ide abil.
- Valguse edastamine vabas ruumis läbi optika "klassikaliste" elementide (läätsed, diafragmad ja pildisüsteemid) ja lainejuhtide (näiteks optilised kiud).
- Valguse moduleerimist, lülitamist ja skaneerimist kasutatakse elektriga, akustiliselt või optiliselt juhitavate seadmete puhul.
- Valguslaine võimendamine ja sageduse muundamine laine interaktsiooni ajal mittelineaarsete materjalidega.
- Valguse tuvastamine.
Fotoonikauuringute tulemused leiavad rakendusi optilises sides, signaalitöötluses, sensorites, teabe kuvamises, printimises ja jõuülekandes.
- valgusvihu optika;
- laineoptika;
- elektromagnetiline optika;
- footonoptika.
Ainega interaktsiooni teooria.
Pooljuhtide teooria ja nende optilised omadused.
Neli valguse teooriat, kõik need teooriad on üldisemad kui eelmine:
Kiiroptikat fotoonikas kasutatakse pildisüsteemide kirjeldamiseks, selgitades, miks see on lainejuhtide ja resonaatorite protsesside puhul piiratud.
Skalaarlaine teooriat kasutab fotoonika optiliste kiirte käsitlemisel, see on vajalik laserite ja Fourier optika protsesside mõistmiseks ning on kasulik koherentsete optiliste süsteemide ja holograafia kirjeldamisel.
Valguse elektromagnetiline teooria on valguse, juhitud laine optika, kiudude ja resonaatorite polarisatsiooni ja hajuvuse käsitlemise aluseks.
Footonoptika kirjeldab valguse ja aine vastasmõju. See selgitab valguse genereerimise ja registreerimise protsesse, valguse nihkumist mittelineaarses keskkonnas.
Märkus 1
Fotoonika tegeleb optiliste, elektrooptiliste ja optoelektriliste seadmete disaini ja kasutamisega.
Fotoonika kui teadus
Märkus 2
Fotoonika on teadus, mis uurib optiliste signaalide kui footonivoogude põhialuseid ja rakendamist erinevates seadmetes ja süsteemides.
Fotoonikat võib defineerida kui teadust, mis käsitleb footonite loomist, kontrollimist ja tuvastamist spektri nähtavas ja infrapunases osas, nende levitamist ultraviolettkiirguse osas, pikkade lainepikkustega infrapunaosas. Nendes piirkondades luuakse praegu kvantkaskaadlasereid.
Fotoonika kui teaduse ajalugu on loetud alates 1960. aastast (siis leiutati laser). Fotoonika kujunes välja paljude teaduste põhjal (lisaks optikale), näiteks:
- tahkisfüüsika;
- materjaliteadus;
- informaatika;
- pooljuhtide füüsika jne.
Märkus 3
Mõiste "fotoonika" ilmus esmakordselt A.N. Terenin "Värvimolekulide fotoonika". 1970. aastal hakati fotoonikat määratlema kui teadust, mis käsitleb protsesse ja nähtusi, milles footonid toimivad teabekandjatena.
Fotoonika teaduslikud huvid on laiad. Kui varem käsitles ta peamiselt telekommunikatsiooniga seotud küsimusi, siis nüüd on tema huvivaldkonnad:
- laserid;
- tehnoloogiad pooljuhtide valdkonnas;
- bioloogia- ja keemiauuringud;
- keskkonnaprobleemid;
- nanoobjektid;
- informaatika jne.
Optiliste signaalide loomise, juhtimise ja reguleerimisega tegelemisel kasutatakse laialdaselt fotoonikauuringute tulemusi: alates teabe edastamisest optilise kiu abil kuni keskkonnaparameetrite muutumisel tekkivaid valgussignaale moduleerivate andurseadmete projekteerimiseni.
Interdistsiplinaarsed suunad
Tänu ülemaailmsele suurele teaduslikule ja tehnilisele aktiivsusele ning tohutule nõudlusele fotoonika uute tulemuste järele, kerkivad esile uued ja uued interdistsiplinaarsed valdkonnad:
Fotoonika seos teiste teadusvaldkondadega
Klassikaline optika Fotoonika on optikaga tihedalt seotud. Optika on aga enne valguse kvantiseerimise avastamist (kui fotoelektrilist efekti selgitas Albert Einstein 1905. aastal). Optika instrumendid – murdumislääts, peegelpeegel ja erinevad optilised sõlmed – olid tuntud juba ammu enne 1900. aastat. Klassikalise optika põhiprintsiibid, nagu Huygensi reegel, Maxwelli võrrandid ja valguslaine joondamine, ei sõltu valguse kvantomadustest ja neid kasutatakse nagu optikas ja fotoonikas.
Kaasaegne optika Mõiste "fotoonika" on selles valdkonnas laias laastus mõistete "kvantoptika", "kvantelektroonika", "elektrooptika" ja "optoelektroonika" sünonüüm. Iga terminit kasutavad aga erinevad teadusseltsid erineva lisatähendusega: näiteks termin "kvantoptika" tähistab sageli alusuuringuid, termin "fotoonika" aga rakendusuuringuid.
Fotoonika ajalugu
Ajalooliselt seostatakse mõiste "fotoonika" kasutamise algust teadusringkondades akadeemik A. N. Terenini raamatu "Photonics of dye molekules" ilmumisega 1967. aastal. Kolm aastat varem loodi tema initsiatiivil Leningradi Riikliku Ülikooli füüsikateaduskonna juurde biomolekulaar- ja footonfüüsika osakond, mis alates 1970. aastast kannab nime fotoonika kateeder.
A. N. Terenin määratles fotoonikat kui "vastastikku seotud fotofüüsikaliste ja fotokeemiliste protsesside kogumit". Maailmateaduses on laialt levinud fotoonika hilisem ja laiem definitsioon teadusharuna, mis uurib süsteeme, milles footonid on infokandjad. Selles mõttes mainiti terminit "fotoonika" esmakordselt 9. rahvusvahelisel kiirfotograafia kongressil (Denver, USA, 1970).
Terminit "fotoonika" hakati laialdaselt kasutama 1980. aastatel seoses elektrooniliste andmete fiiberoptilise edastuse laialdase levikuga telekommunikatsioonivõrgu pakkujate poolt (kuigi optilist kiudu kasutati varem kitsamas kasutuses). Termini kasutamine leidis kinnitust, kui IEEE kogukond asutas 1980. aastate lõpus arhiveeritud paberi nimega "Photonics Technology Letters".
Vaata ka
Lingid
- Fotoonika ja optoinformaatika osakonna veebisait
- Peterburi Riikliku Infotehnoloogia, Mehaanika ja Optika Ülikooli arvutifotoonika ja videoinformaatika osakonna veebisait
- Peterburi Riikliku Ülikooli füüsikateaduskonna fotoonika osakonna veebisait
- Harkovi riikliku raadioelektroonika ülikooli fotoonika ja elektrotehnika osakonna veebisait
- Novosibirski Riikliku Ülikooli lasersüsteemide labori õppematerjalid
- Fotoonika terminite sõnastik. Siberi Riiklik Geodeesiaakadeemia
- Ajakiri "Photonics" Teadus- ja tehnikaajakiri
- Laservalguse hajumise probleemid fotoonikas ja biofotoonikas kvantelektroonikas, eriväljaanne, 36. kd, nr 11-12, (2006)
Märkmed
Wikimedia sihtasutus. 2010 .
Vaadake, mis on "Fotoonika" teistes sõnaraamatutes:
fotoonika- Elektroonika osa, sealhulgas erinevate valgusallikate olemuse ja füüsikaliste põhimõtete uurimine, optilise lainevahemiku elektromagnetilised võnked, samuti nende kasutamine genereerimise, kiirguse, ülekande insenersüsteemides ... Tehnilise tõlkija käsiraamat
fotoonika- Fotoonika Fotoonika Teadus- ja tehnikaharu, mis uurib footonite genereerimist, juhtimist ja tuvastamist. Arengu algfaasis kasutas fotoonikat nähtavat (valguse lainepikkus 400–800 nm) ja lähiinfrapuna (lainepikkus 800 nm 10 ... ... Selgitav inglise-vene nanotehnoloogia sõnaraamat. - M.
Mõiste fotoonika Mõiste inglise keeles fotoonika Sünonüümid Lühendid Seotud terminid fotonikristallkiud, metamaterjal, nanofotoonika Määratlus teaduse ja tehnoloogia valdkond, mis uurib fundamentaalseid ja rakenduslikke ... ... Nanotehnoloogia entsüklopeediline sõnastik
Fotoonika- fotoonika on teaduse ja tehnoloogia valdkond, mis on seotud valguskiirguse (või footonvoo) kasutamisega elementides, seadmetes ja süsteemides, milles genereeritakse, võimendatakse, moduleeritakse, levitatakse ja tuvastatakse optilisi signaale; ... ... . .. Ametlik terminoloogia
fotoonika- foto onika ja ... Vene õigekirjasõnaraamat
GOST R ISO 13695-2010: Optika ja fotoonika. Laserid ja laserinstallatsioonid (süsteemid). Laserite spektraalomaduste mõõtmise meetodid- Terminoloogia GOST R ISO 13695 2010: Optika ja fotoonika. Laserid ja laserinstallatsioonid (süsteemid). Laserite spektraalkarakteristikute mõõtmise meetodid originaaldokument: 3.19 Allani dispersioon pideva laserkiirguse jaoks, : Dispersioon kahe ... ...
GOST R ISO 11554-2008: Optika ja fotoonika. Laserid ja laserinstallatsioonid (süsteemid). Meetodid laserite testimiseks ning laserkiire võimsuse, energia ja ajaliste omaduste mõõtmiseks- Terminoloogia GOST R ISO 11554 2008: Optika ja fotoonika. Laserid ja laserinstallatsioonid (süsteemid). Meetodid laserite testimiseks ning laserkiire algdokumendi võimsuse, energia ja ajaliste omaduste mõõtmiseks: 3.1 suhteline müratase ... ... Normatiivse ja tehnilise dokumentatsiooni terminite sõnastik-teatmik
pikkus- 3,1 pikkus l : mõõdetava proovi esikülje suurim lineaarmõõde.
Fotoonarvuti, lambipirni Wi-Fi, nähtamatud materjalid, lahingulaserid ja ülitundlikud andurid... Kõik need on sama teaduse – fotoonika – viljad. Sellest, miks valgus on tänapäeval muutunud peaaegu poolte füüsikute uurimisobjektiks kogu maailmas, meie uues materjalis
Fotod: GiroScience / Alamy / DIOMEDIA
Hiirt kambris valgustab infernaalne roheline tuli: laseril kulub paar sekundit, et tungida sügavale kehasse ja skaneerida see peensusteni. Ekraanile ilmub pilt sassis veresoonte puntrast – kuni väikseima, kümnendiku millimeetri suuruseni. See on optoakustiline mikroskoop – ainulaadne seade, seni ainuke Venemaal. See muudab optilise signaali akustiliseks ja võimaldab mitte ainult "näha" veresooni kuni mikrokapillaarideni, vaid tuvastada ka kõige väiksemaid osakesi veres - näiteks üksikuid vähirakke.
Ja kui suurendate kiirguse intensiivsust, puruneb ülekuumenemise tõttu rakk lihtsalt ja puruneb tükkideks. Kas sa saad aru? - ütleb professor Ildar Gabitov.- Me saame eemaldada soovimatud bioloogilised objektid otse keha seest ilma kirurgilise sekkumiseta ja ilma kogu keha mõjutamata. Need samaaegse diagnostika ja teraapia võimalused on tüüpilised uuele meditsiiniharule – teranostikale.
Asume Skolkovo teaduse ja tehnoloogia instituudi fotoonika ja kvantmaterjalide keskuses biofüüsika laboris. Samal ajal kui teadlased lihvivad oma oskusi koeproovidega. Kuid lähitulevikus ilmub Skoltechi täieõiguslik uurimistöö vivaarium.
Huvitaval kombel tekkis idee ühendada diagnostika- ja ravitehnoloogiad Nobeli preemia laureaadilt, Ameerika aatomipommi ühelt autorilt Richard Feynmanilt. Ta ennustas autonoomsete instrumentide loomist, mis suudaksid teha kirurgilisi operatsioone otse inimkehale. Feynman kirjutas: "... Oleks huvitav, kui saaksite kirurgi alla neelata. Viite mehaanikakirurgi veresoontesse ja ta läheb südamesse ja "vaatab ringi" seal ...". Võib-olla saab see kõik järgmisel kümnendil reaalsuseks. Selleks peame mõistma, kuidas footonid nanoskaalas ainega suhtlevad, ja töötama välja meetodid valguse juhtimiseks.
arvuti valguse eest
Valgus on kõige aluseks, lisab professor Gabitov teel teise laborisse.- Ilma valguseta poleks midagi: elu Maal poleks saanud tekkida. Poleks moodsat meditsiini, moodsat tööstust, ei eksisteeriks ka kogu moodsat ühiskonda oma kõige keerulisema infostruktuuri, majanduse ja igapäevaeluga. Fotoonikateadus, mille kiire areng on tingitud tohutul hulgal rakendustest, uurib valguse omadusi, valguse vastastikmõju ainega ning arendab meetodeid valgusvoogude juhtimiseks. Üks on nende meetodite puhul ühine – need põhinevad manipulatsioonidel valgusosakeste – footonitega. (Footon on elektromagnetkiirguse kvant; erinevalt elektronist ei ole sellel massi ega elektrilaengut ning ta liigub vaakumis valguse kiirusel - "O".)
Ja miks on fotoonika just praegu nii kiiresti arenema hakanud? Kõik arenenud riigid, sealhulgas Venemaa, on määratlenud selle kui strateegiliselt olulise suuna...
Nimetaksin kaks peamist tegurit - tööriistabaasi areng ja kasvavad tehnoloogilised vajadused, sealhulgas kaasaegse ühiskonna infotaristu. Tänapäeval luuakse 30-40 protsenti maailmas toodetavatest toodetest fotoonikat kasutades ning nimekiri valdkondadest, kus avastusi rakendada, kasvab iga päevaga.
Üks kuumemaid valdkondi on arvutitehnoloogia. Inteli asutaja Gordon Moore sõnastas juba 1965. aastal seaduse, mille kohaselt kiibil olevate transistoride arv ja seega ka kiirus kahekordistuvad iga kahe aasta tagant. Kuid 2016. aastal lakkas tema seadus töötamast: elektroonika ei saa enam nii kiiresti areneda. Kas fotoonilised tehnoloogiad asendavad selle?
Elektroonikatehnoloogia on mõnes valdkonnas tõesti jõudnud teatud piirini. Oleme kõik elektroonikapõhiste seadmete kiire arengu tunnistajad. Paljudel on taskus nutitelefon – hämmastav seade, mille funktsionaalsust ei osatud 20 aastat tagasi ette kujutada. Selle välimus illustreerib hästi kvantiteedi kvaliteediks ülemineku filosoofilist seadust. Kui nn diskreetelektroonika ajal proovisime teha midagi nutitelefoni sarnast, siis raadiotorudest, kondensaatoritest, takistustest, induktiivsustest jne vastavat seadet. see oleks ploki suurune. Lisaks kulutaks see uskumatult palju energiat ja ei saaks elementide ebausaldusväärsuse tõttu pidevate rikete tõttu töötada. Ainult kõrge integratsiooniastmega mikroskeemide ilmumine (sisaldab suurt hulka elemente. - "O") viis uut tüüpi seadme loomiseni, mis on nüüd kõigile kättesaadav. Edasine edasiminek, mille kohaselt elektroonika areneb, ei ole aga paljudel juhtudel võimalik.
- Ja mis on põhjus?
Teiseks pärsib arvutite arengut suuresti soojust eemaldavate materjalide puudumine. Kaasaegsetes seadmetes muutuvad elemendid väga väikeseks, kuid neid on palju, need on äärmiselt tihedalt pakitud, nii et ülekuumenemist ei saa vältida. Praegu on tööstushiiglased nagu Google ja Facebook sunnitud paigutama oma "andmekeskused" (andmetöötluskeskused. - "O") külma kliimasse: polaarjoone taha ja põhja pool naftaplatvormidele, kus on palju. külmast veest. Ja Hiina suurim andmekeskus asub Sise-Mongoolias Hohhotis 1065 meetri kõrgusel merepinnast. Probleemiga tuleb tegeleda, sest salvestussüsteemide tihedus ainult suureneb. Võimalus midagi kustutada või hävitada on kasutajate kultuurist täielikult kadumas, nagu see oli 20 aastat tagasi, kui kasutasime diskette või kettaid. Pilveruum tundub lõputu.
Ja kolmas põhjus, kõige olulisem, mille tõttu arvutite kiirus enam ei kasva, on seotud elementaarses loogilises operatsioonis osalevate elektronide arvuga. Nüüd on ühes operatsioonis tegelikult kaasatud üks elektron. See tähendab, et edaspidi peame kasutama elektroni "poolt" või "veerandit", mis on absoluutne absurd. Seetõttu tekkis idee proovida luua footoneid kasutades väga integreeritud seadmeid.
Kas see on nagu 1970. aastate tehnoloogiline läbimurre, kui vaskkaabli asemel hakati kasutama fiiberoptikat? Lõppude lõpuks lõi just see üleminek sisuliselt kaasaegse infoühiskonna.
Jah, optiline kiud – läbipaistvast materjalist õhuke niit, mille kaudu valgus suurel kiirusel edasi kandub – hämmastav materjal. Kujutage ette: kümneid kilomeetreid valguskiudu on sama läbipaistvus kui meetri aknaklaasil! See annab võimaluse kasutada infokandjatena elektronide asemel footoneid. Kiudoptilise tehnoloogia loomine ja optiliste võimendite leiutamine tõi kaasa tohutu läbimurde kiire edastuse valdkonnas. Nüüd on muidugi kiusatus kasutada fotoontehnoloogiaid mitte ainult edastamiseks, vaid ka teabe töötlemiseks.
- Kas lähiajal on võimalik luua fotooniline arvuti?
Siin puutume kokku lahendamata probleemidega. Näiteks kaasaegne protsessor on keerukas struktuur, mis koosneb kõige väiksematest elementidest. Igal aastal täiustavad ettevõtted tehnoloogiaid: Apple'i ja Samsungi tehnoloogilised mõõtmed on ligikaudu 7 nanomeetrit (see tähendab, et tänapäeval on võimalik opereerida sellise suurusega osadega ja vastavalt sellele paigutada palju miniatuurseid elemente. - "Oh"). Kuid footon, nagu me teame, on korraga nii osake kui laine. Samas on selle tänapäevastes infosüsteemides kasutatava laine pikkus 1550 nanomeetrit. Jämedalt öeldes oleks fotoontehnoloogial põhinev nutitelefon tänapäeval umbes 200 korda suurem, kui oleme harjunud.
Teine lahendamata probleem on efektiivsete meetodite puudumine footoni voogude kontrollimiseks. Elektronidel, nagu teate, on laeng, nii et nendega saab manipuleerida magnet- või elektrivälja abil. Footonid on neutraalsed ja seda ei saa teha. Täna ootavad kõik uute hübriidseadmete tekkimist, mis ühendaksid fotoonika ja elektroonika. Võtmeettevõtete uurimiskeskused näevad vaeva selle probleemi lahendamisega.
Mida see annab? Uskumatu esitus? Kas inimkonnal on ülesandeid, mis tuleb sellise produktiivsusega lahendada?
Muidugi on selliseid ülesandeid kliimamodelleerimise, ajuuuringute, meditsiiniliste ja bioloogiliste probleemide vallas... Seda loetelu võib veel pikalt jätkata. Mis puutub uutesse igapäevaelu võimalustesse, siis teate, ma ei oska sellele küsimusele vastata. Jällegi, 20 aastat tagasi ei osanud me ette kujutada, millised hämmastavad võimalused nutitelefonidel on. Seetõttu on fantaseerimine selle üle, millise funktsionaalsuseni võib kõrgelt integreeritud fotoonikaseadmete loomine kaasa tuua, tänamatu ülesanne.
Valgustusteadus
- Kui kallis on fotoonikateadus? Milliseid ruume teadlased vajavad?
Fotoonika valdkonnas on raske ette kujutada selliseid hiiglaslikke projekte nagu hadronite põrkur – siinsete protsesside mastaap on väiksem. Kuid see teadus on väga kallis. Tavaliselt maksavad fotoonikakeskused, mis töötavad väga väikeste struktureeritud objektidega, uute materjalide ja seadmetega, umbes 250-300 miljonit dollarit.
- Kuhu on tänapäeval koondunud teaduslik potentsiaal ja kuhu tõenäoliselt ilmuvad uued superseadmed?
Üha rohkem uuringuid nihutatakse ja koondub suurettevõtetesse. Võtmetöötajad on väga kallid, nii et ettevõtted tellivad osa piloot- ja kõrge riskitasemega uuringutest ülikoolidele, kus on kvalifitseeritud professorid ja head üliõpilased.
Kui rääkida riikidest, siis USA-s tehakse palju tööd. Lisaks on häid keskusi Inglismaal, Saksamaal, Jaapanis, Koreas. Osaliselt Prantsusmaal. Palju tööd tehakse ülikoolides, näiteks New Yorgi Rochesteri ülikoolis. See on üldiselt tuntud koht kõigile, kes on optikaga seotud. Siin alustasid tööd sellised tuntud optikahiiud nagu Kodak, Xerox, Bausch ja Lomb.
- Hiina pole veel sellesse nimekirja pääsenud?
Hiinaga on hoopis teine lugu. Seal eraldatakse fotoonikale tohutult raha. Hiinlased juba domineerivad teatud tootmisvaldkondades, kuid uute seadmete arendamisel võivad siiski veidi maha jääda. Kuigi kuskil, näiteks kvantsuhtluses, on hiinlased kogu maailmast mööda läinud. Sõna otseses mõttes tänavu septembris lõid nad kvantsatelliidi QUESS abil ühenduse Hiina ja Austria vahel. Samas ei purustatud mitte ainult signaali läbitud vahemaa rekord, vaid see pani aluse ka sidelinkide loomisele, mida ei saa häkkida.
Hiina areneb väga kiiresti, see meelitab ligi mitte ainult märkimisväärseid rahalisi vahendeid, vaid ka inimpotentsiaali. Nüüd huvitaval kombel ei viibi Hiina üliõpilased pärast õpinguid sageli enam samades osariikides, nad naasevad Hiinasse ja kutsuvad laborite juhatajaks saades sinna oma professorid.
Pole saladus, et elektroonika on valdkond, kus Venemaa on pehmelt öeldes kõvasti maha jäänud: tsiviilmikroprotsessorite turul on meil 100 protsenti import. Mida saab öelda vene fotoonika kohta? See on eriti huvitav, kuna BRICS-riikides vastutavad selle eest Venemaa ja India kui teaduse üks paljutõotavamaid valdkondi.
Jah, Venemaa ja India viivad ilmselt läbi ühiseid programme raadiofotoonika vallas. Kuid üldiselt on valik, ma ütleksin, õigustatud. Vähesed inimesed mäletavad, et 1919. aastal, kodusõja haripunktis, loodi meie riigis valitsuse otsusega Riiklik Optikainstituut (GOI). 1923. aastaks oli see üks paremini varustatud teadusasutusi maailmas.
Üldiselt on see suurepärane asutus lahendanud palju probleeme. Näiteks Saksamaa oli enne Esimest maailmasõda peamine optikatootja ja kuskil sõja haripunktis, nagu praegu öeldakse, kehtestati sanktsioonid. See tähendab, et seadmeid enam Venemaale ei tarnitud. Oli vaja luua tööstus, milles India valitsus mängis tohutut rolli. Selle alusel ehitati samal 1919. aastal 300-meetrine interferomeeter tähtede vaatlemiseks. Nad tegelesid nii fundamentaalteaduse kui ka tehnoloogilise baasi loomisega. Siin loodi kõike – alates meditsiinilistest mikroskoopidest kuni kõige keerukamate sõjaliste optikate ja kosmoselaevade läätsedeni.
Kahjuks langes India hullumeelsetel 1990ndatel kahetsusväärsesse olukorda. Paljud spetsialistid võeti juhtkonna poolt tööle ITMO-sse – Peterburi Infotehnoloogia, Mehaanika ja Optika Teadusülikooli. Nüüd on see ainulaadne õppeasutus, kus tehakse väga tõsist teadustööd. Noh, pealegi on võimatu rääkimata Phystechist, MISISest, ülikoolist. Bauman Moskvas, Novosibirski ülikoolis. Nüüd on kogu see suund tõusuteel ja Venemaa valitsuse otsus toetada fotoonika arengut Venemaal ei ole juhuslik. Skoltech, muide, osales selle programmi loomisel. Lõpuks on tõsine huvi ka äri poolt: on organisatsioone, mis toodavad konkurentsivõimelisi tooteid nii tsiviil- kui ka sõjalisteks rakendusteks, arendavad uusi tooteid.
Tagasi tulevikku
Palun rääkige meile fotooniliste tehnoloogiate kohta, mis muudavad meie igapäevaelu. Millises staadiumis on Li-Fi – footonite toiteallika Wi-Fi arendamine?
Selle tehnoloogia esivanem on Saksa füüsik Harald Haas, kes 2011. aastal kasutas ruuterina LED-lampi. Laboritingimustes saavutas see edastuskiiruseks 224 Gb / s. See kiirus võimaldab näiteks 1 sekundi jooksul alla laadida 18 filmi suurusega 1,5 GB. Teine oluline nüanss on salastatus. Raadiolained võivad läbida seinu, mis tähendab, et Wi-Fi kaudu suheldes saab raadiosignaali hõlpsalt lugeda, andmeid varastada ja lahti krüpteerida. Moduleeritud valgus ruumist ei jõua kaugele, sellist signaali on palju keerulisem varjatult pealt kuulata - seda tajutakse ja edastatakse vaateväljas. Kuid see tehnoloogia pole veel kaugeltki rakendatud. Plasmoonial põhinevad realistlikumad tehnoloogiad.
- Mis need on?
Plasmoonika hakkas arenema alles 15 aastat tagasi, kuid sellega seotud nähtused on tuntud juba väga pikka aega. Näiteks isegi Vana-Egiptuses lisati klaasile metalle ja värviti neid erinevates värvides. Ja Briti muuseumis on ainulaadne klaasist pokaal, milles on lahustunud kuld ja nii on see ühes valguses roosa ja teises roheline. Asi, nagu selgus, seisneb selles, et klaasis lahustatuna ei haju kuld molekulideks, vaid koguneb klastriteks – osakese suuruseks on umbes 50 nanomeetrit. Valgusega valgustamisel on lainepikkus suurem kui osakese suurus ja valgus liigub selle ümber ilma hajumiseta. See avastus viis paljude erinevate tehnoloogiate loomiseni, nagu nanolaserid, mis on väiksemad kui lainepikkus, ja ülitundlikud andurid.
- Kas on juba töötavaid mudeleid?
Seal on. Esimesed paberid selliste laserite kohta avaldas mitu aastat tagasi USA-s elav Moskva füüsika- ja tehnoloogiainstituudi lõpetanud Miša Noginov. Ta oli esimene, kes ehitas laseri, mille mõõtmed on 40 nanomeetrit – miljon korda väiksem kui juuksekarva paksus. Teave selle kohta ilmus 2011. aastal ajakirjas Nature. Sellest ajast alates on alanud nanolaserite eksperimentaalne eluiga. Eelkõige tuli välja meie teine endine kaasmaalane Mark Stockman, Novosibirski Riikliku Ülikooli rektori akadeemik Spartak Beljajevi õpilane SPASER – optilise kiirguse plasmoonne nanoallikas. See on 22 nanomeetri suurune osake, mis on inimese rakust sadu kordi väiksem. SPASERi osakesed suudavad tänu spetsiaalsele kattele verest metastaase tekitavaid vähirakke "leida" ja nende külge kleepudes neid hävitada. Stockmani ülioptimistlike hinnangute kohaselt võivad esimesed sedalaadi seadmed ilmuda juba järgmise aasta jooksul.
- Milleks ülitundlikke andureid üldse kasutatakse?
Näiteks lõhkeainete märgistamiseks. Terrorismivastase tegevuse jaoks on väga oluline teada, kust see või teine lõhkeaine pärit on, leida allikas, kust see lekkis. Üle maailma tehakse suuri jõupingutusi lõhkekehade märgistamiseks, sest siis saab plahvatuse järel järelejäänu kokku kogudes aru, kus aine valmistati – kuni vahetuse ja ajani välja. Ja nii, et vaenlane ei saaks aru, mis sinna on lisatud. Ja see probleem lahendatakse lihtsalt: lõhkeainesse satub mitu molekuli, mille saab ära tunda fotoonilistel tehnoloogiatel põhineva anduri abil.
Teine valdkond on ravimite märgistamine. On teada, et igas tabletis on väga väike kogus toimeainet ja suurema osa moodustavad täiteaine ja kest. Saame segada näiteks viit värvainet teatud vahekorras, seejärel lahjendada madala kontsentratsioonini ja seega märgistada ehtsaid tablette teatud kattekompositsiooni kaudu. Nende võltsingutest eristamiseks peate lihtsalt panema tabletid spetsiaalsele substraadile ja vaatama, millist spektrit need kiirgavad. See paljutõotav suund on maailmas laialdaselt arendatud.
Skoltechi laboris töötame välja andurit, mis suudab tuvastada kortisooli ehk stressihormooni taset inimese veres. See on kantav vidin, mis edastab teavet reaalajas. Kas kujutate ette, milline on hindamatu väärtus inimestele, kelle töö on seotud pideva tähelepanu koondamisega?
1960. aastate lõpus hakati maailmas rääkima lahinglaserite loomisest. Meie programmi juhtis Nobeli preemia laureaat Nikolai Basov. Tema juhtimisel loodi lahingulaser, mis suudab tabada ballistilist raketti. Millised fotoonika valdkonnad pakuvad sõjaväele huvi?
Lahinglaserite vallas töötatakse muidugi kõigis riikides, kuid see pole teema, mida käsitleda. Tänapäeval räägitakse aktiivsemalt võimalikest metamaterjalidest (nii nimetatakse materjale, mille omadusi on nanotehnoloogia rikastanud. – „O“) maskeerimiseks.
- Jah, ettevõtted on korduvalt teatanud, et on valmis looma nähtamatuse mantli, nagu HG Wellsi romaanis.
See on meediaruumis ülipopulaarne trend. Wellsi romaanis põhines nähtamatus materjali läbipaistvuse põhimõttel. Seda põhimõtet, õigemini selle jäljendamist, rakendatakse praegu. Nüüd arutatakse näiteks Soulis torni ehitamise projekti, mis muutub aeg-ajalt "läbipaistvaks". Hoone pinda valgustatakse LED-valgustusega ning mitmed fassaadidel asuvad kaamerad edastavad selle pinnale taevast reaalajas pilti. Täielikult "aktiveeritud" torn peaks muutuma taeva taustal nähtamatuks. Tõsi, pole väga selge, kuidas lennundusjulgestuse küsimused lahenevad, arvestades, et sellest kohast mitte kaugel asub lennujaam.
Fantaasiaraamatus kirjeldati teist tehnoloogiat - "Nähtamatu naine". Seal ümbritseb daami kest, mis moonutab kiirte kulgu.
See põhimõte realiseerub metamaterjalide abil. Metamaterjalid võivad valguskiiri painutada nii, et selle taga olev objekt muutub nähtamatuks. Kuid probleem on selles, et see on võimalik ainult väga väikeste objektide puhul - suurusjärgus sentimeetrit - ja spektri kitsas piirkonnas.
Mõlemal juhul on tegelikust nähtamatusest veel vara rääkida.
Füüsika homseks
Kahekümnendal sajandil määras konkreetse füüsikavaldkonna arengu reeglina poliitiline kord. Akadeemik Ginzburg ütles ühes oma viimastest intervjuudest, et kui ameeriklased aatomipommi maha viskasid, kasvas tema palk kolmekordseks... Ja mis teie arvates juhib tänapäeval selle või teise füüsikavaldkonna arengut?
Viimasel paaril aastakümnel ei määra järjekorda mitte poliitilised, vaid pigem tööstuslikud vajadused. Lõppude lõpuks, kuidas see varem oli? Tehti mingi avastus, uuriti mõnda nähtust, selgusid mõned matemaatilised faktid ja üsna arvestatava aja pärast kehastusid need rakendustesse. Nüüd on juurutamise kiirus selline, et avastamisest tehnoloogia ilmumiseni kulub vaid paar kuud. Kogu biofotoonika tekkis umbes seitse aastat tagasi ja tänapäeval ei saa ükski suur fotooniliste tehnoloogiate keskus ilma sobiva laborita hakkama.
Seetõttu on praegu läänes füüsikaliste erialade areng nihkumas füüsikaosakondadelt inseneriosakondadele. Seal on täna parem rahastamine ja tööstuslik tellimus. Paralleelselt väheneb füüsikateaduskondade rahastamine. See on nii üldine trend, mida näen nii Euroopas kui ka USAs.
– Kas see tähendab, et tulemas on vahendite ümberjagamine fundamentaal- ja rakendusteaduse vahel?
Täiesti võimalik. Fundamentaalteaduse areng nõuab sageli väga suuri kapitaliinvesteeringuid. Fundamentaalteadus läheb väga kalliks, mistõttu toimub rahvusvaheline koostöö ja rahaline konsolideerumine. See on üldine nähtus. Omal ajal oli meil Landau Instituudis selline seisukoht, et ainult arusaamatud ja tundmatud nähtused on tõeline füüsika. Kõik muu on rakendus. Sellest vaatenurgast on meie päevil fundamentaalteaduseks oletatavasti tumeaine ja tumeenergia uurimine.
Ühes oma intervjuus ütlesite, et füüsikaosakondade õpilaste hariduse kvaliteet langeb katastroofiliselt. Õpetate USA-s ja Venemaal. Kas see kehtib mõlema riigi kohta?
Huvi vähenemine teaduse vastu on ülemaailmne probleem. See on selgelt nähtav peaaegu kõikjal. Ilmselt peaks inimkond sellele mõtlema, sest varem või hiljem toob see kaasa mingid negatiivsed tagajärjed. Jah, ma väidan fakti, et õpilaste koolijärgse hariduse kvaliteet langeb. Sellel on palju põhjuseid, üks neist on otsingusüsteemi hävitamine ja sellele järgnev andekate meeste eest hoolitsemine, eriti provintsidest.
Lisaks on kaasaegne Venemaa internaatkoolide süsteem suuri raskusi, sest neile eraldatakse raha nagu tavakoolidele. Akadeemilised institutsioonid leiavad mõne kolmanda osapoole rahastamisallikaid, kuid see pole nende profiil. Riik peaks sellega süsteemselt tegelema. Nõukogude ajal töötas see süsteem, mille Hiina on nüüd meilt laenanud, väga hästi.
Ameerika Ühendriikides justkui kopeeriti omal ajal Nõukogude matemaatikakoolide süsteemi, aga Hiinast pole ma veel kuulnud...
Hiinas kolleegidega vesteldes näen palju tuttavaid asju – mida me omal ajal läbi elasime. Näiteks on sinna kopeeritud nõukogude olümpiaadide süsteem ja parimate valimine. See on mulle väga lähedane, sest ma ise sattusin nii teadusesse. Mu ema oli õpetaja ja tellis Õpetajate Ajalehte, kus trükiti füüsika-matemaatikaolümpiaadi ülesandeid. Lahendasin need kohe kõikidele klassidele ja saatsin lahendused postiga. Pealegi koostasid ülesanded väga targad õpetajad, sest nad tasandasid väga häid koolitusi andnud erikoolide ja maakoolide vahet. Teisisõnu, rõhk oli intelligentsusel, leidlikkusel, potentsiaaliga inimestel. Nüüd Venemaal see nii ei ole.
Paljud inimesed nimetavad 20. sajandit tuumafüüsika sajandiks. Millisest füüsikavaldkonnast saab 21. sajandi lipulaev?
Kaasaegse füüsika kõige hämmastavam valdkond on minu arvates universumi teadus. Tumeaine ja tumeenergia on salapärased, hämmastavad nähtused, mis on avastatud ja ootavad endiselt selgitamist. Nende nähtuste uurimine ja lahtiharutamine toob kaasa tohutu edu meie arusaamises maailma struktuurist. Kuid fotoonika, millest me täna rääkisime, mängib 21. sajandil sama rolli nagu aurumasin 19. sajandil või elektroonika 20. sajandil.
Arvutage valgus
VisiitkaartFüüsik Ildar Gabitov sai fotoonika vastu huvi matemaatiliste valemite kaudu. Nüüd töötab ta korraga kolmes suunas - uurib valguse omadusi, viib ellu arenguid elus ja loob programme teaduse arendamiseks.
Ildar Gabitov - Arizona ülikooli (USA) matemaatikateaduskonna professor, Skolkovo teaduse ja tehnoloogia instituudi fotoonika ja kvantmaterjalide keskuse direktor, teoreetilise füüsika instituudi juhtivteadur. L.D. Landau RAS.
Ta sündis 1950. aastal õpetaja ja mäeinsenerina. Ta õppis Leningradi ülikoolis füüsikateaduskonnas. Matemaatilise füüsika osakonnas olid tema õpetajad kuulsad professorid - Olga Ladyzhenskaya ja Vassili Babich. Mõnda aega töötas ta suletud asutuses Leningradi lähedal Sosnovõ Boris. Seejärel - Biškeki matemaatikainstituudis. Sealt siirdus ta Landau instituuti akadeemik Vladimir Zahharovi juurde. Üsna 1990. aastate alguses kolis ta Saksamaale ja seejärel USA-sse Los Alamose riiklikku laborisse, misjärel asus elama Arizona ülikooli. Veedab seal suurema osa aastast.
Professor Gabitov on rohkem kui 100 teadusartikli autor teoreetilise ja matemaatilise füüsika, mittelineaarse optika, süsteemide integreerimise teooria, fiiberoptilise side, mitmemõõtmeliste nähtuste ja nanomaterjalide, nanofotoonika ja nanoplasmoonika teemadel. Teda tunnustavad eksperdina paljud rahvusvahelised erialaliidud, sealhulgas National Science Foundation (USA), Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada, US Civilian R&D Foundation (USA), Engineering and Physical Sciences Research Council (UK). Ta on Skolkovo teaduse ja tehnoloogia instituudi akadeemilise nõukogu liige. Ta osales Vene Föderatsiooni Haridus- ja Teadusministeeriumi "Fotoonika valdkonna teadus- ja arendustegevuse osakondadevahelise programmi perioodiks 2017-2020" ettevalmistamisel.
Fotoonika– teaduse ja tehnoloogia valdkond, mis on seotud valguskiirguse (või footonvoo) kasutamisega süsteemides, mis genereerivad, võimendavad, moduleerivad, levitavad ja tuvastavad optilisi signaale.
Optoinformaatika- viimastel aastatel esile kerkinud ja domineerinud fotoonika valdkond, milles luuakse uusi footonitel põhinevaid info edastamise, vastuvõtmise, töötlemise, salvestamise ja kuvamise tehnoloogiaid.
Fotoonika ja optoinformaatika on jõudsalt arenev kõrgtehnoloogiline tööstus, mille seadmete ja süsteemide müügist saadav aastatulu on maailmas kümneid triljoneid rublasid.
Egor Litvinov, üliõpilane
Fotoonika on minu jaoks valguse juhtimise kunst, valguse kasutamise kunst inimese hüvanguks. Nagu igal kunstil, on ka fotoonikul palju pilte, ideid ja tõlgendusi ning iga inimene näeb seda omal moel. Seda tüüpi kunsti tehes saate terve hulga tööriistu, mille hulgast saate valida endale vajalikud, õppida neid täiuslikult kasutama ja neid fotoonika saamiseks sellisena nagu näete. Selle kunsti omamine võib tuua inspiratsiooni ja lihtsalt naudingut. Ja püüdes midagi uut hankida, on oht, et jääte täielikult kinni.
Tatjana Vovk, üliõpilane
Olen õppeprogrammi "Nanostruktuuride füüsika ja tehnoloogia" üliõpilane ja oleks loogiline eeldada, et minu teadmiste ja huvide valdkond on just nanofotoonika, teadus valguse interaktsioonist erinevate nanostruktuuride ja osakestega. See on tõsi: teadustööna viin läbi uurimistööd nanokristallide optilise jahutamise kohta. Kuid minu kolmandal kursusel analüüsis meie rühma kvantmehaanika õpetaja Juri Vladimirovitš Roždestvenski (samuti minu juhendaja) klassikalist elektronide olekute probleemi Maa gravitatsiooniväljas. Ta soovitas kõige aktiivsematel õpilastel kaaluda seda probleemi mitte Maa, vaid võimsa gravitatsiooniväljaga neutrontähe lähedal. Tore oli avastada, et see probleem võib seletada neutrontähtede raadiokiirgust, mille osas astrofüüsikud pole siiani üksmeelt leidnud. Selle tulemusena avaldasid mu klassivend ja meie juhid uurimuse kõrgelt hinnatud välismaises ajakirjas – The Astrophysical Journal! See teadlaskonna tunnustus on väga väärtuslik, sest keegi meist pole kunagi varem astrofüüsikaga tegelenud. Meil oli väga huvitav areneda ja saada tulemusi hoopis teises füüsikavaldkonnas – "Nanostruktuuride füüsikas" on kõik selleks vajalik olemas. Meie juhid ja õpetajad tervitavad alati algatust ja on hea meelega teadusliku loovuse "käivitamise üle". Nõuetekohase visadusega viib see mõnikord üllatavate tulemusteni!
Maksim Masjukov, üliõpilane
Laia silmaringiga oli mul üsna raske oma tulevast elukutset valida. Põhimõtteliselt huvitasid mind kolm eriala: informaatika, füüsika, matemaatika ja minu jaoks oli oluline, et need kolm distsipliini olid õppeprotsessis domineerivad. Koolinoorte olümpiaadil osaledes kuulsin ITMO ülikooli fotoonika ja optoinformaatika teaduskonnast. Olles tutvunud saidi ja koolitusdistsipliinidega, mõistsin, et see on see, mida ma vajan. Fotoonika on üks nooremaid ja kiiremini kasvavaid teadusharusid. Põletatud soovist panustada teaduse arengusse, astusin sellesse teaduskonda ja jäin rahule. Alates 2. kursusest olen tegelenud teadusliku tööga, mis hõlmab selle teadusvaldkonna värskete välismaiste artiklite uurimist, programmeerimist, matemaatilisi arvutusi, arvutimodelleerimist. Mitmekülgsed teadmised garanteerivad edu edaspidises karjääris.
Vladimir Borisov, aspirant
Fotoonika, kui soovite, on 21. sajandi optika. Miks mitte nimetada seda jätkuvalt optikaks? Fakt on see, et viimase 50–60 aasta jooksul on valguse füüsikat uuriv teadus astunud nii kaugele, et seda ei saa võrrelda tavapärase optikaga. Seal on mittelineaarsed efektid, ülisuur võimsustihedus ja ülilühikesed impulsid. Siin on muidugi erinevad kvantefektid ja nende rakendused. Ühesõnaga optikateaduse tipptasemel. Ja kuna selline teadus ei meenuta enam vana optikat, leidis ta uue sõna - "Fotoonika".
Fotoonika on mitmes mõttes rakendusteadus. Enne fotoonikat ei osanud keegi ette kujutada, kui kasulik võib valgus meie elus olla. Nüüd liigume selle poole, et üha rohkem uusimaid tehnoloogiaid kasutab valgust. Me juba teame, kuidas edastada teavet valguse kiirusel suurte vahemaade tagant. Ja varsti õpime seda krüpteerima, et keegi ei saaks meid pealt kuulata. Liigume erinevate raskete haiguste ravimise suunas valgustehnoloogiate abil. Nüüd kasutavad kirurgid kõige keerukamate operatsioonide ajal kõige täpsemate sisselõigete tegemiseks laserskalpelle. Ja kujutage ette, et lähitulevikus võimaldab fotoonika areng meil üldse mitte teha sisselõiget kasvaja eemaldamiseks või arteri lappimiseks. Tänu fotoonikale pole süvakosmose uurimine meie jaoks nii saavutamatu eesmärk. Ja kui teadlased, sealhulgas meie teaduskonna töötajad, annavad endast parima, annab fotoonika meile peagi tõelise nähtamatuse korgi ja võib-olla ka valgusmõõga. Ja loomulikult ei tohiks me unustada kvantarvutit - ühte kaasaegse teaduse tippu, mille saavutamine on ilma fotoonikata võimatu.
Lühidalt öeldes on fotoonika nüüdisaegse teaduse esirinnas. See ühendab endas võimaluse uurida veel uurimata küsimusi ning rakendada oma teadmisi ühiskonna hüvanguks. Võib-olla on see füüsika valdkond, kus uudishimulik õpilane saab oma potentsiaali maksimeerida, teostades end teadlasena parimal võimalikul viisil.
Jaroslav Gratšev, Ph.D., assistent, teaduskonna lõpetanud
Fotoonikat nimetatakse praegu optikaks selle kaasaegses aspektis. Teaduskond tegeleb kaasaegsete infotehnoloogiate abil optika asjakohaste valdkondade arendamisega ja need on:
- ja töötada suure energiaga ja ülilühikese kestusega laserimpulsskiirgusega;
- ja vastupidi, elektromagnetlainete terahertsi vahemiku madala energiaga kiirguse kasutamine mittekontaktseks, mittepurustavaks diagnostikaks ja objektide visualiseerimiseks ainetuvastusega;
- ja holograafia, sealhulgas nii kujutise holograafia kui ka objekti kolmemõõtmeliste digitaalsete koopiate loomine ja töötlemine reaalajas.
Minu jaoks on antud teadusvaldkonnas töötamine muutunud suurepäraseks võimaluseks omandada praktilisi oskusi disaini ja eksperimentaaltegevuse vallas. Praktiliste oskuste ja teadmistega inimene on alati nõutud.
Olga Smoljanskaja, Ph.D., Rahvusvahelise Fotoonika ja Optoinformaatika Instituudi Femtomeditsiini labori juhataja
Mõistet "fotoonika" mainiti esmakordselt 1970. aastal USA-s Denveris toimunud 9. rahvusvahelisel kiirfotograafia kongressil. Ja esimeses etapis mõisteti "fotoonikat" kui teadusvaldkonda, mis uurib optilisi süsteeme, milles footonid olid teabe kandjad. Seoses lasertehnoloogiate arenguga ning laserdioodide ja fiiberoptiliste sidesüsteemide leiutamisega hõlmas "fotoonika" mõiste optilist telekommunikatsiooni. Tänapäeval on "fotoonika": optilised ja kvantsidesüsteemid, teabe edastamine, salvestamine ja salvestamine; meditsiiniline diagnostika ja teraapia (biofotoonika); laserite arendamine ja tootmine; erinevate objektide bioloogilised ja keemilised uuringud; keskkonnaseire; valgustus disain jne.
Biofotoonika on seotud fotobioloogia ja meditsiinifüüsikaga. Seetõttu tegeleb biofotoonika ühelt poolt bioloogiliste molekulide, rakkude ja kudede diagnoosimise ja uurimisega. Teisest küljest kasutab see valgust bioloogiliste kudede mõjutamiseks, näiteks kirurgias ja ravis. Biofotoonika uurib bioloogiliste objektide ja footonite vastasmõju erinevaid aspekte. Seetõttu on biofotoonika ulatus ennekõike inimeste tervis. Biofotoonika valdkonna spetsialistid tegelevad ka meditsiiniliste valgusallikate, detektorite, visualiseerimissüsteemide loomise ja optiliste signaalide matemaatilise töötlemisega.
Maria Žukova, doktorant
Fotoonika on teadus valgusest, see on selle loomise, muundamise, rakendamise ja tuvastamise tehnoloogia. Valgus on inimelus alati tähtsat rolli mänginud – mõelge sellele, tänu sellele orienteerume ruumis, näeme üksteist. Esiteks õpiti looma kunstlikke valgusallikaid, et tagada mugav eksistents, ja nüüd on meil tohutult palju kõrgtehnoloogilisi seadmeid, mida kasutatakse paljudes ja mitmekesistes tehnikavaldkondades.
Fotoonika hõlmab laserite, optika, kristallide, fiiberoptika, elektro-optiliste, akusto-optiliste seadmete, kaamerate, komplekssete integreeritud süsteemide kasutamist. Fotoonika on tänapäeval nii teadusuuringud kui ka reaalsed arengud järgmistes valdkondades: meditsiin, alternatiivenergia, kiire andmetöötlus, suure jõudlusega arvutite loomine, uued materjalid, telekommunikatsioon, keskkonnaseire, julgeolek, kosmosetööstus, ajastandardid, kunst, trükkimine, prototüüpimine ja peaaegu kõike, mis meid ümbritseb.
Tänapäeval hakkab Venemaal ja kogu maailmas üha rohkem ettevõtteid ja suuri tootmisettevõtteid looma ja kasutama uusi fotoonikaga seotud tehnoloogiaid. F otoonika avab laialdasi võimalusi ja väljavaateid arenguks nii teadusliku akadeemilise keskkonna kui ka reaalsete arengute valdkonnas. See teadmiste valdkond areneb kahtlemata aasta-aastalt!
Laadimine...