Fotoniikka

Fotoniikka  on tieteenala, joka käsittelee optisten signaalien kanssa työskentelyn perus- ja soveltamisnäkökohtia sekä niiden pohjalta laitteiden luomista eri tarkoituksiin [1] .

Yleistä tietoa

Fotoniikka on pohjimmiltaan elektroniikan analogia, jossa käytetään sähkömagneettisen kentän kvantteja elektronien - fotonien sijaan . Toisin sanoen se harjoittaa fotonista signaalinkäsittelytekniikkaa, johon liittyy huomattavasti pienempiä energiahäviöitä, mikä tarkoittaa, että sillä on suurempi mahdollisuus pienentää.

Siis fotoniikka:

• tutkii fotonien muodostumista, ohjausta ja havaitsemista näkyvässä ja lähellä näkyvässä spektrissä . Sisältää ultraviolettisäteilyn ( aallonpituus 10...380 nm ), pitkän aallon infrapunan ( aallonpituus 15...150 µm ) ja ultra-infrapunaisen osan spektristä (esim. 2...4 THz vastaa aallonpituutta 75). ..150 µm) , jossa kvanttikaskadilaserit .
• käsittelee optisten signaalien ohjausta ja muuntamista ja sillä on laaja sovellusalue: tiedon siirtämisestä optisten kuitujen kautta uusien sensoreiden luomiseen, jotka moduloivat valosignaaleja ympäristön pienimpien muutosten mukaisesti [2] [3] .

Fotoniikka kattaa laajan valikoiman optisia , sähköoptisia ja optoelektronisia laitteita ja niiden erilaisia ​​sovelluksia. Fotoniikan alkuperäiskansojen tutkimusalueita ovat kuitu- ja integroitu optiikka, mukaan lukien epälineaarinen optiikka , puolijohdeliitosfysiikka ja -tekniikka , puolijohdelaserit , optoelektroniset laitteet , nopeat elektroniset laitteet .

Joidenkin raporttien mukaan uusi, yleinen termi "fotoniikka" on vähitellen korvaamassa termin "optiikka" [4] .

Fotoniikan historia

Fotoniikka tieteenalana alkoi vuonna 1960 laserin keksimisellä ja myös laserdiodin keksimisellä 1970-luvulla, jota seurasi kuituoptisten viestintäjärjestelmien kehitys keinona siirtää tietoa valomenetelmillä. Nämä keksinnöt loivat perustan 1900-luvun lopun tietoliikennevallankumoukselle ja vauhdittivat Internetin kehitystä .

Historiallisesti termin "fotoniikka" käytön alku tiedeyhteisössä liittyy akateemikko A. N. Tereninin kirjan "Photonics of Dye Molecules" julkaisemiseen vuonna 1967. Kolme vuotta aiemmin hänen aloitteestaan ​​perustettiin Leningradin osavaltion yliopiston fysiikan tiedekuntaan biomolekyyli- ja fotonifysiikan laitos , jota vuodesta 1970 lähtien on kutsuttu fotoniikan laitokseksi. [5]

A. N. Terenin määritteli fotoniikan "joukoksi toisiinsa liittyviä fotofysikaalisia ja fotokemiallisia prosesseja". Maailmantieteessä fotoniikan myöhempi ja laajempi määritelmä on yleistynyt tieteenalana , joka tutkii järjestelmiä, joissa fotonit ovat tiedon välittäjiä . Tässä mielessä termi "fotoniikka" mainittiin ensimmäisen kerran 9. kansainvälisessä suurnopeusvalokuvauksen kongressissa vuonna 1970 Denverissä (USA).

Termiä "fotoniikka" alettiin käyttää laajalti 1980-luvulla, kun tietoliikenneverkkojen tarjoajat yleistyivät kuituoptisen sähköisen tiedonsiirron yhteydessä ( vaikka optista kuitua käytettiin aiemmin suppeammassa käytössä). Termin käyttö vahvistettiin, kun IEEE -yhteisö perusti arkistoidun paperin nimeltä "Photonics Technology Letters" 1980-luvun lopulla.

Tänä aikana, noin vuoteen 2001 asti, fotoniikka keskittyi suurelta osin tietoliikenteeseen . Vuodesta 2001 lähtien sitä on kutsuttu myös nimellä:

• lasertuotanto , _
• biologinen ja kemiallinen tutkimus,
• ilmastonmuutos ja ympäristön seuranta [6] ,
• lääketieteellinen diagnostiikka ja terapia ,
• näyttö- ja projektiotekniikka ,
• optinen laskenta.

Lupaavaa kehitystä

Vuonna 2015 Moskovan valtionyliopistoon luotiin piin nanorakenteisiin perustuva ultranopea fotonikytkin, joka mahdollistaa tulevaisuudessa laitteiden luomisen tiedon siirtämiseen ja käsittelyyn kymmenien ja satojen terabittien sekunnissa [7] .

Tieteidenväliset suunnat

Korkean maailmanlaajuisen tieteellisen ja teknisen toiminnan ja uusien tulosten valtavan kysynnän vuoksi fotoniikassa on ilmaantunut uusia ja uusia monitieteisiä aloja:

• Mikroaaltofotoniikka tutkii optisen signaalin ja korkeataajuisen (yli 1 GHz ) sähköisen signaalin välistä vuorovaikutusta . Tämä alue sisältää perusasiat optisten mikroaaltoaaltojen vuorovaikutuksesta, fotonisten laitteiden toiminnan mikroaaltouunissa , mikroaaltolaitteiden fotonisesta ohjauksesta, suurtaajuisista siirtolinjoista ja fotoniikan käytöstä erilaisten toimintojen suorittamiseen mikroaaltopiireissä.
• Tietokonefotoniikka yhdistää modernin fyysisen ja kvanttioptiikan , matematiikan ja tietotekniikan ja on aktiivisessa kehitysvaiheessa, jolloin on mahdollista toteuttaa uusia ideoita, menetelmiä ja teknologioita [9] .
• Optoinformatiikka  on tieteen ja teknologian ala , joka liittyy optisiin tekniikoihin perustuvien uusien materiaalien, tekniikoiden ja laitteiden tutkimiseen, luomiseen ja käyttöön.

Fotoniikan suhde muihin tieteenaloihin

Klassinen optiikka

Fotoniikka liittyy läheisesti optiikkaan . Optiikka kuitenkin edelsi valon kvantisoinnin keksimistä (kun Albert Einstein selitti valosähköisen vaikutuksen vuonna 1905). Optiikan työkaluja ovat taittolinssi , heijastava peili ja erilaiset optiset kokoonpanot, jotka tunnettiin jo kauan ennen vuotta 1900. Samaan aikaan klassisen optiikan keskeiset periaatteet, kuten Huygensin sääntö , Maxwellin yhtälöt ja valoaallon kohdistus, eivät ole riippuvaisia ​​valon kvanttiominaisuuksista ja niitä käytetään sekä optiikassa että fotoniikassa.

Moderni optiikka

Termi "fotoniikka" tällä alalla on suunnilleen synonyymi termeille " kvanttioptiikka ", "kvanttielektroniikka ", " elektrooptiikka " ja " optoelektroniikka ". Jokaista termiä käyttävät kuitenkin eri tieteelliset seurat eri lisämerkityksillä: esimerkiksi termi "kvanttioptiikka" tarkoittaa usein perustutkimusta, kun taas termi "fotoniikka" tarkoittaa usein soveltavaa tutkimusta.

Katso myös

• kvanttioptiikka
• Fotoninen kristalli
• Holografia
• Elektroniikka

Muistiinpanot

1. ↑ . fotoniikka // Encyclopedic Dictionary of Nanotechnologies. - Rosnano . – 2010. (Venäjän kieli)
2. ↑ Harkovin kansallisen radioelektroniikkayliopiston fotoniikan ja sähkötekniikan laitoksen verkkosivusto (linkki ei ole käytettävissä) . Haettu 28. marraskuuta 2008. Arkistoitu alkuperäisestä 15. joulukuuta 2008. (määrätön) 
3. ↑ Pietsofotoroniikan ansiosta on luotu joukko herkkiä ihoa muistuttavia antureita // Site Nanonewsnet.ru 16. elokuuta 2013 . Haettu 31. elokuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 3. syyskuuta 2014. (määrätön)
4. ↑ Rostovin osavaltion yliopiston fysiikan tiedekunta (linkki ei saavutettavissa) . Haettu 5. marraskuuta 2008. Arkistoitu alkuperäisestä 3. syyskuuta 2014. (määrätön) 
5. ↑ Fysiikan tutkimuslaitoksen sivu. V. A. Foka. (linkki ei saatavilla) . Haettu 28. marraskuuta 2008. Arkistoitu alkuperäisestä 26. toukokuuta 2008. (määrätön) 
6. ↑ Journal of Biophotonics . Haettu 1. marraskuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 31. tammikuuta 2013. (määrätön)
7. ↑ Moskovan valtionyliopiston tutkijat ovat luoneet fotonikytkimen "tulevaisuuden tietokoneille" // RIA Novosti, 16.10.2015 . Käyttöpäivä: 21. lokakuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 21. lokakuuta 2015. (määrätön)
8. ↑ Mikroaaltofotoniikkaa (IEEE) koskeva opetusohjelma . Käyttöpäivä: 19. helmikuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 24. tammikuuta 2019. (määrätön)
9. ↑ Pietarin osavaltion yliopiston ITMO:n fotoniikan ja optoinformatiikan tiedekunnan tietokonefotoniikan ja videoinformatiikan laitoksen verkkosivusto . Haettu 12. elokuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 13. elokuuta 2009. (määrätön)

Linkit

• Kansallisen tutkimusyliopiston ITMO:n fotoniikan ja optoinformatiikan laitoksen verkkosivusto
• Kansallisen tutkimusyliopiston ITMO:n laserfotoniikan ja optoelektroniikan tiedekunnan verkkosivusto
• Pietarin valtionyliopiston fysiikan tiedekunnan fotoniikan laitoksen verkkosivusto
• Harkovin kansallisen radioelektroniikan yliopiston fotoniikan ja sähkötekniikan laitoksen verkkosivusto
• Novosibirskin valtionyliopiston laserjärjestelmien laboratorion opetusmateriaalit
• Fotoniikan termien sanasto . Siperian valtion geodeettinen akatemia
• Journal "Photonics" Tieteellinen ja tekninen aikakauslehti
• Lasersäteilyn sirontaongelmat fotoniikassa ja biofotoniikassa . Quantum Electronics, Special Issue, Vol. 36, No. 11-12, (2006)
• Näyttely Fotoniikka. Lasereiden ja optiikan maailma. Moskova. Messukeskus Krasnaja Presnyassa.
• Moskovan valtion teknillisen yliopiston fotoniikan ja IR-tekniikan tieteellisen ja koulutuskeskuksen sivusto . N. E. Bauman

Kirjallisuus

• Vilesov F. I. , Ermolaev V. L., Krasnovsky A. A. Molekyylifotoniikka. - L., Nauka , 1970. - 438 s.

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Suuri tanskalainen Suuri katalaani iso kiinalainen Hienoa norjalaista
Bibliografisissa luetteloissa	BNF : 12264233h GND : 4243979-6 J9U : 987007543630405171 LCCN : sh85101397 NKC : ph120337