Fotonika

A fotonika  egy olyan tudományág, amely az optikai jelekkel végzett munka alapvető és alkalmazott szempontjaival, valamint ezek alapján különféle célú eszközök létrehozásával foglalkozik [1] .

Általános információk

A fotonika lényegében az elektronika analógja, amely az elektromágneses mező kvantumait használja az elektronok - fotonok helyett . Vagyis fotonikus jelfeldolgozási technológiákkal foglalkozik, ami lényegesen kisebb energiaveszteséggel jár, ami azt jelenti, hogy nagyobb lehetősége van a miniatürizálásra.

Szóval fotonika:

• fotonok generálását, szabályozását és detektálását vizsgálja a látható és közel látható spektrumban . A spektrum ultraibolya ( hullámhossza 10...380 nm ), hosszúhullámú infravörös ( hullámhossz 15...150 µm ) és ultra-infravörös része (például 2...4 THz 75 -ös hullámhossznak felel meg). ..150 µm), ahol a kvantumkaszkád lézerek .
• optikai jelek vezérlésével és átalakításával foglalkozik, és széleskörű alkalmazási körrel rendelkezik: az információ optikai szálakon keresztüli továbbításától a fényjeleket a környezet legkisebb változásainak megfelelően moduláló új érzékelők létrehozásáig [2] [3] .

A fotonika az optikai , elektro-optikai és optoelektronikai eszközök széles skáláját öleli fel , valamint ezek változatos alkalmazásait. A fotonika kutatásának őshonos területei közé tartozik a szálas és integrált optika, beleértve a nemlineáris optikát , a félvezető csomópontok fizikáját és technológiáját , a félvezető lézereket , az optoelektronikai eszközöket és a nagy sebességű elektronikus eszközöket.

Egyes jelentések szerint az új, általánosított „fotonika” kifejezés fokozatosan felváltja az „optika” kifejezést [4] .

A fotonika története

A fotonika mint tudományterület 1960-ban kezdődött a lézer feltalálásával, majd az 1970-es években a lézerdióda feltalálásával , majd a száloptikás kommunikációs rendszerek kifejlesztésével, mint a fénymódszerekkel történő információtovábbítás eszközével. Ezek a találmányok képezték a távközlési forradalom alapját a 20. század végén, és ösztönözték az internet fejlődését .

Történelmileg a „fotonika” kifejezés használatának kezdete a tudományos közösségben A. N. Terenin akadémikus „Photonics of Dye Molecules” című könyvének 1967-es kiadásához köthető . Három évvel korábban az ő kezdeményezésére hozták létre a Leningrádi Állami Egyetem Fizikai Karán a Biomolekuláris és Fotonfizikai Tanszéket , amelyet 1970 óta Fotonika Tanszéknek hívnak. [5]

A. N. Terenin a fotonikát "egymással összefüggő fotofizikai és fotokémiai folyamatok összességeként" határozta meg. A világtudományban a fotonika későbbi és tágabb meghatározása vált széles körben elterjedtté, mint olyan tudományágat , amely olyan rendszereket vizsgál , amelyekben a fotonok információhordozók . Ebben az értelemben a „fotonika” kifejezést először a 9. Nemzetközi Nagysebességű Fényképészeti Kongresszuson említették 1970-ben, Denverben (USA).

A "fotonika" kifejezést az 1980-as években kezdték el széles körben használni az elektronikus adatok száloptikás átvitelének távközlési hálózati szolgáltatók általi széleskörű elterjedésével kapcsolatban (bár korábban az optikai szálat szűkebb értelemben használták). A kifejezés használatát megerősítették, amikor az IEEE közösség létrehozta a "Photonics Technology Letters" nevű archivált lapot az 1980-as évek végén.

Ebben az időszakban, körülbelül 2001-ig, a fotonika nagyrészt a távközlésben összpontosult . 2001 óta így is emlegetik:

• lézeres gyártás ,
• biológiai és kémiai kutatások,
• klímaváltozás és környezeti monitoring [6] ,
• orvosi diagnosztika és terápia ,
• kijelző és vetítés technológia ,
• optikai számítástechnika.

Ígéretes fejlesztések

2015-ben a Moszkvai Állami Egyetemen egy ultragyors, szilícium nanoszerkezeteken alapuló fotonikus kapcsolót hoztak létre, amely a jövőben lehetővé teszi az információk továbbítására és feldolgozására alkalmas eszközök létrehozását másodpercenként tíz és több száz terabites sebességgel [7] .

Interdiszciplináris irányok

A nagy globális tudományos-technikai aktivitás és az új eredmények iránti óriási igény miatt a fotonikán belül új és új interdiszciplináris területek jelennek meg:

• A mikrohullámú fotonika az optikai jel és a nagyfrekvenciás (1 GHz -nél nagyobb ) elektromos jel közötti kölcsönhatást vizsgálja . Ez a terület magában foglalja az optikai-mikrohullámú kölcsönhatás alapjait, a fotonikus eszközök működését mikrohullámú sütőben , a mikrohullámú készülékek fotonikus vezérlését, a nagyfrekvenciás átviteli vonalakat, valamint a fotonika felhasználását a mikrohullámú áramkörök különböző funkcióinak végrehajtására.
• A számítógépes fotonika a modern fizikai és kvantumoptikát , a matematikát és a számítógépes technológiákat ötvözi, és az aktív fejlődés szakaszában van, amikor lehetővé válik új ötletek, módszerek és technológiák megvalósítása [9] .
• Az optoinformatika  olyan tudomány és technológia területe, amely új anyagok, technológiák és eszközök tanulmányozásához, létrehozásához és üzemeltetéséhez kapcsolódik optikai technológiákon alapuló információk továbbítására, fogadására, feldolgozására, tárolására és megjelenítésére.

A fotonika kapcsolata más tudományterületekkel

Klasszikus optika

A fotonika szorosan összefügg az optikával . Az optika azonban megelőzte a fénykvantálás felfedezését (amikor a fotoelektromos hatást Albert Einstein magyarázta 1905-ben). Az optika eszközei a fénytörő lencse , a visszaverő tükör és a különféle optikai szerelvények, amelyek már jóval 1900 előtt ismertek voltak. Ugyanakkor a klasszikus optika kulcsfontosságú elvei, mint például a Huygens -szabály , a Maxwell -egyenletek és a fényhullámok igazítása, nem függenek a fény kvantumtulajdonságaitól, és mind az optikában, mind a fotonikában használatosak.

Modern optika

A „fotonika” kifejezés ezen a területen nagyjából egyet jelent a „ kvantumoptika ”, „kvantumelektronika ”, „elektrooptika” és „ optoelektronika ” kifejezésekkel . Az egyes kifejezéseket azonban más-más tudományos társaságok más-más további jelentéssel használják: például a „kvantumoptika” kifejezés gyakran alapkutatást, míg a „fotonika” kifejezés gyakran alkalmazott kutatást jelöl.

Lásd még

• kvantumoptika
• Fotonikus kristály
• Holográfia
• Elektronika

Jegyzetek

1. ↑ . fotonika // Nanotechnológiai enciklopédikus szótár. - Rosnano . – 2010. (Orosz)
2. ↑ A Harkovi Nemzeti Rádióelektronikai Egyetem Fotonikai és Villamosmérnöki Tanszékének honlapja (elérhetetlen link) . Letöltve: 2008. november 28. Az eredetiből archiválva : 2008. december 15.. (határozatlan) 
3. ↑ A piezo-fotoronikának köszönhetően bőrre emlékeztető érzékeny érzékelők sora jött létre // Site Nanonewsnet.ru 2013. augusztus 16 .. Letöltve: 2014. augusztus 31. Az eredetiből archiválva : 2014. szeptember 3.. (határozatlan)
4. ↑ Rostovi Állami Egyetem Fizikai Kara (elérhetetlen link) . Letöltve: 2008. november 5. Az eredetiből archiválva : 2014. szeptember 3.. (határozatlan) 
5. ↑ A Fizikai Kutatóintézet oldala. V. A. Foka. (nem elérhető link) . Letöltve: 2008. november 28. Az eredetiből archiválva : 2008. május 26.. (határozatlan) 
6. ↑ Journal of Biophotonics . Letöltve: 2011. november 1. Az eredetiből archiválva : 2013. január 31.. (határozatlan)
7. ↑ A Moszkvai Állami Egyetem tudósai fotonkapcsolót készítettek "a jövő számítógépeihez" // RIA Novosti, 2015.10.16 . Hozzáférés időpontja: 2015. október 21. Az eredetiből archiválva : 2015. október 21. (határozatlan)
8. ↑ Oktatóanyag a mikrohullámú fotonikáról (IEEE) . Hozzáférés dátuma: 2019. február 19. Az eredetiből archiválva : 2019. január 24. (határozatlan)
9. ↑ A Szentpétervári Állami Egyetem ITMO Fotonikai és Optoinformatikai Karának Számítógépes Fotonikai és Videóinformatikai Tanszékének honlapja . Letöltve: 2009. augusztus 12. Az eredetiből archiválva : 2009. augusztus 13.. (határozatlan)

Linkek

• A Nemzeti Kutatóegyetem ITMO Fotonikai és Optoinformatikai Tanszékének honlapja
• A Nemzeti Kutatóegyetem ITMO Lézerfotonikai és Optoelektronikai Karának honlapja
• A Szentpétervári Állami Egyetem Fizikai Karának Fotonika Tanszékének honlapja
• A Harkovi Nemzeti Radioelektronikai Egyetem Fotonikai és Villamosmérnöki Tanszékének honlapja
• A Novoszibirszki Állami Egyetem Lézerrendszerek Laboratóriumának oktatási anyagai
• Fotonikai kifejezések szójegyzéke . Szibériai Állami Geodéziai Akadémia
• Folyóirat "Photonics" Tudományos és műszaki folyóirat
• A lézersugárzás szórásának problémái a fotonikában és a biofotonikában . Quantum Electronics, Special Issue, Vol. 36, No. 11-12, (2006)
• Fotonika kiállítás . A lézerek és az optika világa. Moszkva. Expocentrum a Krasznaja Presznyán.
• A Moszkvai Állami Műszaki Egyetem Fotonikai és IR-technikai tudományos és oktatási központjának helye . N. E. Bauman

Irodalom

• Vilesov F. I. , Ermolaev V. L., Krasnovsky A. A. Molekuláris fotonika. - L., Nauka , 1970. - 438 p.

Szótárak és enciklopédiák	Nagy dán Nagy katalán nagy kínai Nagy norvég
Bibliográfiai katalógusokban	BNF : 12264233h GND : 4243979-6 J9U : 987007543630405171 LCCN : sh85101397 NKC : ph120337