I. Определение радиофотонники

По­след­ние де­ся­ти­ле­тия в сфе­ре сверх­ши­ро­ко­по­лос­ных си­стем пе­ре­дач мы на­блю­да­ем про­цесс за­ме­ще­ния «элек­трон­ных» си­стем на «фо­тон­ные». Свя­за­но это в первую оче­редь, с иной фи­зи­че­ской при­ро­дой фо­то­на. От­сут­ствие за­ря­да и мас­сы на­де­ля­ет его свой­ства­ми не­воз­мож­ны­ми для элек­тро­на. В ре­зуль­та­те, фо­тон­ные си­сте­мы (в срав­не­нии с "элек­трон­ны­ми") не под­вер­же­ны внеш­ним элек­тро­маг­нит­ным по­лям, об­ла­да­ют го­раз­до боль­шей даль­но­стью пе­ре­да­чи и ши­ри­ной по­ло­сы про­пус­ка­ния сиг­на­ла.

Эти, и мно­гие дру­гие пре­иму­ще­ства уже ре­а­ли­зо­ван­ные на ба­зе фо­то­ни­ки в сфе­ре те­ле­ком­му­ни­ка­ций, да­ют пра­во го­во­рит о воз­ник­но­ве­нии но­во­го на­прав­ле­ния – ра­дио­фо­то­ни­ке, воз­ник­шей из сли­я­ния ра­дио­элек­тро­ни­ки, ин­те­граль­ной и вол­но­вой оп­ти­ки, СВЧ опто­элек­тро­ни­ки и ря­да дру­гих от­рас­лей на­у­ки и про­мыш­лен­но­го про­из­вод­ства.

Дру­ги­ми сло­ва­ми, под ра­дио­фо­то­ни­кой (microwave photonics) мы бу­дем по­ни­мать, объ­еди­ня­ю­щий об­шир­ный ком­плекс об­ла­стей на­у­ки и тех­ни­ки, свя­зан­ных глав­ным об­ра­зом с про­бле­ма­ми пе­ре­да­чи, при­ё­ма и пре­об­ра­зо­ва­ния сиг­на­ла с по­мо­щью элек­тро­маг­нит­ных волн СВЧ диа­па­зо­на и фо­тон­ных при­бо­ров и си­стем.

II. Радиофотоника - это просто!

2. .
3. Скачать архив с презентацией и стенограммой доклада .

III. Основы радиофотоники

1. Новое направление фотоники - сверхвысокочастотная оптоэлектроника. М.Е. Белкин, А.С. Сигов. // Радиотехника и электроника, том 54, №8, с.901-914. 2009 г. // .
2. Основы микроволновой фотоники. Винсент Джю Урик-мл., Джейсон Д. МакКинни, Кейт Дж. Вильямс. // Москва. Техносфера. 2016 г. // .

IV. Фотонные и радиофотонные компоненты, устройства и системы

Лазеры

1. Принципы лазеров. 4-е изд. О. Звелто. // СПб. Лань. 2008 г. // .

Оптоэлектронные генераторы

1. Оптоэлектронный генератор - первое устройство СВЧ-оптоэлектроники. М.Е. Белкин, А.В. Лопарев. // Электроника: Наука, технология, бизнес №6. 2010 г. // .
2. Перестраиваемый спин-волновой оптоэлектронной сверхвысокочастотной генератор. А.Б. Устинов, А.А. Никитин, Б.А. Калиникос. // Всероссийская конференция «Электроника и микроэлектроника СВЧ». 2015 г. // .

Электрооптические модуляторы

1. Электрооптические материалы на основе тонких пленок молекулярных кристаллов - преимущества и перспективы использования. И.Ю. Денисюк, Ю.Э. Бурункова, Т.В. Смирнова. // Оптический журнал, т. 74, с. 63-69. 2007 г. // .
2. Низковольтовый электрооптический модулятор на базе молекулярных тонкопленочных кристаллов DAST. И.Ю. Денисюк, Ю.Э. Бурункова. // CriMiCo. 2007 г. // .
3. Интегральные электро-оптические модуляторы Маха-Цандера и другая пассивная компонентная база радифотоники. А.А. Белоусов, Ю.Н. Вольхин, А.В. Гамиловская, А.А. Дубровская, Т.В. Смирнова. // Российская научно-практическая конференция «Разработка и производство отечественной электронной компонентной базы» («Компонент–2014»). 2014 г. // Скачать архив с презентацией и стенограммой доклада .
4. Электрооптический модулятор по схеме интерферометра Маха-Цандера. В.М. Афанасьев. // Прикладная фотоника. Т3. №4. 2016 г. // .

Радиофотонные АЦП и аналоговые процессоры

1. Analog-to-Digital Converter Survey and Analysis. Robert H. Walden. // IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS, VOL. 17, NO. 4, APRIL. 1999 г. // .
2. Перспективы реализации АЦП с использованием методов микроволновой фотоники. Ю.Н. Вольхин.// Научный семинар «Современные проблемы радиофизики и радиотехники» 29.01.2011. 2015 г. // Скачать архив с презентацией и стенограммой доклада .
3. Обзор возможных способов реализации радиофотонных АЦП. Е.В. Тихонов, Ю.Н. Вольхин.// V общероссийская научно-техническая конференция «Обмен опытом в области создания сверхширокополосных радиоэлектронных систем» (СВЧ-2014). 2014 г. // .
4. Обзор и исследование возможных вариантов реализация сверхширокополосных аналоговых процессоров диапазона СВЧ с использованием методов и средств радиофотоники. А.В. Гамиловская, А.А. Белоусов, Е.В. Тихонов, А.А. Дубровская, Ю.Н. Вольхин.// Электронная техника. Серия 2: Полупроводниковые приборы. №5 (239). С. 4-11. 2015 г. // .

Радиолокация. АФАР

1. К реализации технологий радиофотоники в АФАР радиолокационных комплексов. М.Б. Митяшев. // Вестник СибГУТИ. № 2. 2015 г. // .
2. Концепция построения радиолокационной станции на основе элементов радиофотоники. А.В. Шумов, С.И. Нефедов, А.Р. Бикметов. // Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. № 05. С. 41–65. 2016 г. // .
3. О перспективах использования методов и средств микроволновой фотоники в сверхширокополосной радиолокации и сверхширокополосной радиосвязи. Ю.Н. Вольхин, А.М. Мандрик, Ю.И. Носов. // Научный семинар «Современные проблемы радиофизики и радиотехники». 27.11.2010 г. // Скачать архив с презентацией и стенограммой доклада .

Радиофотонные тракты и аналоговые ВОЛС СВЧ

1. Аналоговые ВОЛС СВЧ с положительными коэффициентами передачи. Ю.Н. Вольхин, Т.А. Гомзикова. // IV общероссийская научно-техническая конференция «Обмен опытом в области создания сверхширокополосных радиоэлектронных систем» (СВЧ-2012). 2012 г. // Скачать архив с презентацией и стенограммой доклада .
2. О возможности реализации сверхширокополосных аналоговых радиофотонных трактов диапазона СВЧ с положительными коэффициентами передачи. Ю.Н. Вольхин, А.В. Гамиловская. // XVIII координационный научно-технический семинар по СВЧ технике: материалы. Нижегородская область, п. Хахалы. 2013 г. // .
3. Аналоговые ВОЛС СВЧ с положительными коэффициентами передачи. Ю.Н. Вольхин, А.В. Гамиловская. // XXXX Научный семинар «Современные проблемы радиофизики и радиотехники» 27.04.2013 г. // Скачать архив с презентацией и стенограммой доклада .
4. Сверхширокополосный многофункциональный радиофотонный приёмный тракт для аналоговой обработки сигналов дециметрового, сантиметрового и миллиметрового диапазонов длин волн. А.А. Белоусов, Ю.Н. Вольхин, А.В. Гамиловская, А.А. Дубровская, Е.В. Тихоно. // Всероссийская конференция «Электроника и микроэлектроника СВЧ» 2015 г. // .
5. Радиофотонный приемный канал СВЧ диапазона с оптическим гетеродинированием. С.Ф. Боев, В.В. Валуев, В.В. Кулагин, В.А. Черепенин. // Журнал Радиоэлектроники №2, 2015 г. // .

Волоконные решётки

1. Волоконные решетки показателя преломления и их применение. С.А. Васильев, О.И. Медведков, А.С. Божков. // Квантовая электроника, 35, №12. 2005 г. // .

Линии задержки

1. Волоконно-оптические линии задержки. В.А. Кузнецов, В.Н. Цуканов, М.Я. Яковлев. // ??????????. ???? г. // .

Оптические волноводы

1. Планарные и волоконные оптические волноводы. Х-Г Унгер. // Москва. МИР. 1980 г. // .
2. Специальные волоконные световоды. Учебное пособие. Д.Б. Шумкова. // Пермь. ПНИПУ. 2011 г. // .
3. Теория оптических волноводов. А. Снайдер, Дж. Лав. // Москва. Радио и связь. 1987 г. // .
4. Введение в теорию оптических волноводов. М. Адамс. // Москва. МИР. 1984 г. // .
5. Волноводная фотоника. Учебное пособие. Н.В. Никоноров, С.М. Шандаров. // Санкт-Петербург. ИТМО. 2008 г. // .
6. Волноводные линии передачи. И.Е. Ефимов, Г.А. Шермина. // Москва. Связь. 1979 г. // .
7. Оптические солитоны. От световодов к фотонным кристаллам. Ю.С. Кившарь, Г.П. Агравал. // Москва. ФизМатЛит. 2005 г. // .

V. Моделирование и расчет параметров фотонных и радиофотонных систем.

Моделирование. Численные методы. САПР.

1. Вычислительная фотоника. Е.Д. Ка. // ??????????, ???? г. // .
2. Численное моделирование электрооптического модулятора на основе микрорезанотора Фабри-Перо для СВЧ-оптического приемника. А.К. Агаронян, О.В. Багдасарян, Т.М. Князян. // Изв. НАН РА и ГИУА. Сер. ТН., т. LXIV, №3. 2011 г. // .

VI. Измерение параметров фотонных и радиофотонных систем

Измерения. Метрология

1. Методы измерений в волоконной оптике. Учебное пособие. А.И. Цаплин, М.Е. Лихачев. // Пермь. ПНИПУ. 2011 г. // .
2. Рефлектометрия оптических волокон. А.В. Листвин, В.Н. Листвин. // Москва. ЛЕСАРарт. 2005 г. // .

VII. Основы фотоники, оптоэлектроники, волоконной и интегральной оптики, волоконной техники, цифровых волоконно-оптических линий связи и передачи (ВОЛС, ВОЛП)

Фотоника и нанофотоника

1. Нанофотоника и её применение. Д.Ф. Зайцев. // Москва. Актеон. 2011 г. // .
2. Elements of photonics. Volume I. In Free Space and Special Media. Keigo Iizuka. // John Wiley & Sons, Inc. 2002 г. // .
3. Fundamentals of photonics. Bahaa E.A. Saleh, Malvin carl Teichh. // John Wiley & Sons, Inc. 1991 г. // .

Оптоэлектроника

1. Оптоэлектроника. Е.Д. Карих. // Минск. БГУ. 2002 г. // .
2. Оптоэлектроника в вопросах и ответах. С. Гонда, Д. Сэко. // Ленинград. Энергоатомиздат. 1989 г. // .

Волоконная и интегральная оптика

1. Волоконная оптика: сорок лет спустя. Е.М. Дианов. // Квантовая электроника, 40, №1. 2010 г. // .
2. An introduction to fiber optic system. second editon. John Powers. // Mc-Graw - Hill. 1996 г. // .
3. Нелинейная волоконная оптика. Г. Агравал. // Москва. МИР. 1996 г. // .
4. Техническое руководство по волоконной оптике. 2-е издание. Дональд Дж. Стерлинг. 1998 г. // Москва. Лори. 1998 г. // .
5. Материалы и технологии интегральной и волоконной оптики. Учебное пособие. А.И. Игнатьев, С.С. Киселев, Н.В. Никаноров, А.И. Сидоров, А.С. Рохман. //
6. Материалы и технологии интегральной оптики. Учебное пособие. Н.В. Никаноров, А.И. Сидоров. // Санкт-Петербург. ИТМО. 2009 г. // .
7. Оптика и Лазеры, включая волоконную оптику и оптические волноводы. Матт Янг. // Москва. МИР. 2005 г. // .

Волоконная техника и цифровые волоконно-оптические линии связи и передачи (ВОЛС, ВОЛП)

1. Волоконно-оптическая техника: современное состояние и перспективы. 2-е издание. Под ред. С.А. Дмитриева, Н.Н. Слепова. // Москва. Волоконно-оптическая техника. 2005 г. // .
2. Волоконно-оптическая техника. Практическое руководство. В.Н. Цуканов, М.Я. Яковлев. // Москва. Инфра-инженерия. 2014 г. // .

VIII. Основы электроники и полупроводниковой схемотехники

1. Карманный справочник по электронике. М. Тули. // Москва. Энергоатомиздат. 1993 г. // .
2. Искусство схемотехники. 4-е изд. П. Хоровиц, У. Хилл. // Москва. МИР. 1993 г. // .
3. Полупроводниковая схематехника. 12-е изд. У. Титце, К. Шенк. // Москва. ДМК. 2008 г. // .

Оптика – это одна из старейших и уважаемых наук, которая исследует создание, распространение и регистрацию света.

Современный этап развития оптики

В научном мире считают, что три основных открытия последних лет во многом обновили оптику как науку и способствовали усилению ее роли в развитии современных технологий:

1. изобретение лазера;
2. создание оптоволокна, которое имеет низкие потери;
3. конструирование полупроводниковых лазеров.

Эти изобретения дали жизнь новым научным дисциплинам, например:

• электрооптики;
• оптоэлектроники;
• квантовой электроники;
• квантовой оптики и другим.

Термин «электрооптика» используется для обозначения раздела науки, который рассматривает принципы действия, явления и конструктивные особенности оптических устройств, в которых самую значимую роль играют электрические эффекты. К данным оптическим устройствам можно отнести, например:

• лазеры;
• электрооптические модуляторы;
• переключатели.

Оптоэлектроника рассматривает устройства и системы, так или иначе связанные со светом, в которых существенна электронная природа. Примерами таких устройств являются:

• светодиоды;
• жидкокристаллические дисплеи;
• матричные фотоприемники.

Раздел квантовой электроники посвящен устройствам и структурам, основанием которых является взаимодействие световой волны с веществом. К устройствам квантовой электроники можно отнести лазеры и нелинейно – оптические устройства, которые применяют с целью усиления и смещения волн.

Квантовая оптика посвящена, в основном, квантовым и когерентным свойствам света.

Термин «оптические технологии» сейчас используют для описания приборов и систем, которые применяют в оптической связи и оптической обработке информации.

Фотоника как последовательница оптики

Термин фотоника служит отражением связи оптики и электроники. Данная связь усиливается растущей ролью в оптических системах использования полупроводниковых материалов и устройств.

В этой связи электроника исследует процессы управления потоками электрических зарядов в вакууме и веществе, при этом фотоника ответственна за управление фотонами в свободном пространстве или материальной среде. Предметные поля обоих научных разделов перекрываются, поскольку электроны способны управлять потоком фотонов, а фотоны могут управлять потоками электронов.

Название «фотоника» указывает на важность понимания корпускулярной природы света в описании принципов работы многих устройств в оптике.

Фотоника исследует следующие процессы и явления:

• Процессы генерации когерентного света при помощи лазеров и некогерентного света с помощью люминесцентных источников, например, светодиодами.
• Передачу света в свободном пространстве, сквозь «классические» элементы оптики (линзы, диафрагмы и изображающие системы) и волноводы (например, оптические волокна).
• Модуляцию, переключение и сканирование света при этом используются приборы управляемые при помощи электричества, акустически или оптически.
• Усиление и преобразование частоты световой волны при взаимодействии волны с нелинейными материалами.
• Детектирование света.

Результаты исследование фотоники находят применение в оптической связи, обработке сигналов, зондировании, отображении информации, печати и передаче энергии.

Четыре теории света, каждая из этих теория является более общей, чем предыдущая:

• лучевая оптика;
• волновая оптика;
• электромагнитная оптика;
• фотонная оптика.

1. Теорию взаимодействия с веществом.

   Теорию полупроводников и их оптические свойства.

Лучевая оптика в фотонике используется для описания систем получения изображений, пояснения, почему она ограничена при рассмотрении процессов в волноводах и резонаторах.

Скалярную волновую теорию фотоника использует в рассмотрении оптических пучков, она необходима для понимания процессов в лазерах, и Фурье-оптики и является полезной при описании когерентных оптических систем и голографии.

Электромагнитная теория света - это основа рассмотрения поляризации и дисперсии света, оптики направляемых волн, волокон и резонаторов.

Оптика фотонов описывает взаимодействие света и вещества. Она поясняет процессы генерации и регистрации света, смещение света в средах, являющимися нелинейными.

Замечание 1

Фотоника занимается вопросами конструирования и использования оптических, электрооптических и оптоэлетрических устройств.

Фотоника как наука

Замечание 2

Фотоникой называют науку, исследующую фундаментальные основы и применение оптических сигналов в качестве потоков фотонов, в разных устройствах и системах.

Можно определить фотонику как науку о создании, управлении и детектировании фотонов в видимой и инфракрасной части спектра, распространении их в ультрафиолетовой части, инфракрасной части с длинными волнами. В этих областях в настоящее время создают квантовые каскадные лазеры.

Историю фотоники как науки отсчитывают с 1960 года (тогда изобрели лазер). Фотоника сформировалась на базе многих наук (помимо оптики), например:

• физики твердого тела;
• материаловедения;
• информатики;
• физики полупроводников и т.д.

Замечание 3

Сам термин «фотоника» впервые возник в работе А.Н. Теренина «Фотоника молекул красителей». В 1970 году фотонику стали определять в качестве науки, которая рассматривает процессы и явления в которых носителями информации служат фотоны.

Научные интересы фотоники широки. Если в прошлом она рассматривала вопросы относящиеся, в основном, к телекоммуникациям, то сейчас в сферу ее интересов входят:

• лазеры;
• технологии в области полупроводников;
• исследование в области биологии и химии;
• экологические вопросы;
• нанообъекты;
• информатика и т.д.

Занимаясь созданием, управлением и регулированием оптических сигналов результаты исследований фотоники широко применяются: начиная с передачи информации при помощи оптоволокна до конструирования сенсорных устройств, модулирующих сигналы света, которые происходят при изменении параметров окружающей среды.

Фотоника – это физическое учение о генерации света (фотонов), его обнаружении, преобразовании, эмиссии, передаче, модуляции, обработке сигналов, переключении, усилении и индикации. Большинство применений задействовано в области видимого и инфракрасного излучения, хотя сфера применения распространяется на всю область спектра.

Перспективной областью исследований является кремниевая фотоника, и дальнейшее развитие отрасли связано с ростом успехов этого направления.

История

Фотоника выделилась с созданием в 1960 году лазера. За этим изобретением последовали: лазерный диод в 1970-х годах, для передачи данных, и оптический усилитель на волокне, легированном эрбием. Эти изобретения создали основу для телекоммуникационной революции в конце 20-го века и обеспечили создание инфраструктуры Интернета.

Широкое распространение термин получил в 1980-х годах, когда операторы телекоммуникационных сетей освоили передачу данных по оптоволокну, способствовала его распространению фирма Bell Laboratories. Использование слова закрепилось, когда Общество лазеров и электронной оптики Института инженеров электротехники и электроники учредило в конце 1980-х годов журнал Photonics Technology Letters.

В течение периода, приведшего к краху доткомов (интернет-компаний) около 2001 года, к сфере фотоники относились в основном оптические сети связи. К настоящему времени она объемлет огромное количество научных и технологических приложений, включая производство лазеров, биологическое и химическое зондирование, медицинскую диагностику и терапию, технику отображения информации и оптические вычисления.

Фотоника, связь с прочими областями

Классическая оптика

Здесь связь очень тесная. Классическая оптика предшествовала открытию, что свет дискретен, что стало совершенно ясно, когда Альберт Эйнштейн триумфально обосновал в 1905 году природу фотоэлектрического эффекта. К оптическим инструментам относятся преломляющие линзы, отражающие зеркала, и многочисленные оптические компоненты, и инструменты, разработанные с 15-го по 19-й века. Выявленные в 17 веке основополагающие принципы классической оптики, наподобие принципа Гюйгенса, и выписанные в 19 веке уравнения Максвелла, и волновые уравнения, не основываются на квантовых свойствах света.

Современная оптика

Эта область науки связана с оптомеханикой, электрооптикой, оптоэлектроникой и квантовой электроникой. Однако, каждой области свойственны свои особенности, свои научные сообщества и место на рынке.

К квантовой оптике обычно относят проведение фундаментальных исследований, а фотоника это прикладные исследования и разработки:

• Изучение свойств частиц света.
• Создание устройств обработки сигнала с использованием фотонов.
• Практические приложения оптики.
• Создание устройств, аналогичных электронным.

Термин «оптоэлектроника» приложим к устройствам или схемам, которым одновременно свойственны электрические и оптические функции, т.е. к тонкопленочным полупроводниковым устройствам. Ранее использовался термин «электрооптика», и к электрооптике относились нелинейные устройства с электрооптическими взаимодействиями, как, например, модуляторы на объемных кристаллах (ячейки Поккельса), а также перспективные датчики изображения, обычно используемые гражданскими или правительственными организациями для наблюдения.

Вновь возникающие области

Фотоника тесно связана с возникающими квантовой информатикой и квантовой оптикой, в той части, где они используют общие методы. Прочие вновь возникающие направления включают оптомеханику, занимающуюся изучением влияния на свет механических вибраций мезоскопических или макроскопических объектов, и создание устройств, объединяющих фотонные и атомные приборы для служб хранения времени, навигации и метрологии. Отличие поляритоники заключается в том, что фундаментальными носителями информации являются поляритоны (смеси фотонов и фононов), работающие в диапазоне частот от 300 Ггц до примерно 10 ТГц.

Обзор исследований

Фотоника занимается исследованиями эмиссии, передачи, усиления, обнаружения и модуляции света.

Источники света

Источники света в фотонике обычно устроены конструктивно посложнее . Используются , суперлюминесцентные диоды и лазеры, а также однофотонные источники, электронно-лучевые трубки и плазменные экраны. При этом электронно-лучевые трубки, плазменные экраны и дисплеи генерируют свой собственный свет, в то время как ЖК-дисплеи (подобные TTF-экранам), требуют фоновой подсветки от с холодным катодом или, гораздо чаще, светодиодов.

Для полупроводниковых источников света характерно то, что взамен классических полупроводников (кремния и германия) чаще используются интерметаллиды. Примерами используемых систем материалов являются арсенид галлия (GaAs) и арсенид галлия и алюминия (AlGaAs), либо иные составные полупроводники. Эти материалы также используются в соединении с кремнием для изготовления гибридных кремниевых лазеров.

Среда передачи данных

Свет может проходить через любую прозрачную среду. Для направления света по нужному пути можно использовать стекловолокно или пластиковое оптоволокно. В системах оптической связи оптоволокно позволяет передавать данные на расстояния свыше 100 км без усиления, в зависимости от скорости цифрового потока и вида применяемой для передачи модуляции. Очень перспективным направлением исследования является разработка и производство специальных структур и материалов с заданными оптическими свойствами — фотонных кристаллов, фотонно-кристаллического оптоволокна и метаматериалов.

Усилители

Для усиления оптических сигналов используются оптические усилители. В оптических линиях связи используются легированные эрбием оптоволоконные усилители, полупроводниковые оптические усилители, усилители на эффекте Рамана и оптические параметрические усилители. Очень перспективной областью является исследование квантовых точечных полупроводниковых оптических усилителей.

Обнаружение (детектирование)

Фотодетекторы предназначены для обнаружения света, к ним относятся устройства разной степени быстродействия: быстродействующие фотодиоды, среднескоростные приборы с зарядовой связью, инертные , применяемые для преобразования световой энергии Солнца в электрическую. Существует также и множество фотодетекторов, основанных на термических, химических, квантовых, фотоэлектрических и прочих эффектах.

Модуляция

Модуляция источников света используется для кодирования информации, передаваемой источниками света. Одним из самых простых примеров прямой модуляции источника света является включение и выключение фонарика для передачи сообщения кодом Морзе. Возможно и управление источником света посредством внешнего оптического модулятора.

Дополнительной областью исследований является вид модуляции. В оптической коммуникации обычно применяемым видом модуляции является переключение по типу «включено-выключено». В последние годы разработаны более совершенные виды модуляции наподобие фазового сдвига или ортогонального уплотнения каналов с частотным разделением для нейтрализации ухудшающих качество передачи сигнала эффектов наподобие дисперсии.

Фотонные системы

Наука занимается также исследованиями фотонных приборов для применения в системах оптической связи. Данная область исследований фокусируется на внедрении фотонных устройств, подобных высокоскоростным фотонным сетям, и объемлет исследования оптических регенераторов, улучшающих качество оптических сигналов.

Фотонные интегральные схемы

К областям микрофотоники и нанофотоники обычно относятся устройства на фотонных кристаллах и твердотельные устройства.

Фотонные интегральные схемы – это оптические активные интегральные полупроводниковые фотонные приборы, состоящие по меньшей мере из двух различных функциональных блоков (области усиления и лазерных зеркал на основе решетки). Эти устройства с улучшенными характеристиками ответственны за коммерческий успех оптической связи и возможность увеличения доступной ширины полосы без существенного увеличения стоимости связи для конечного потребителя. Наиболее часто применяются фотонные интегральные схемы на основе фосфида индия.

Применения

Фотоника стала вездесущей и проникла во все области повседневной жизни. Совершенно так же, как изобретение в 1948 году транзистора существенно расширило приложения электроники, продолжают развиваться уникальные приложения отрасли, которые фактически безграничны.

К экономически важным приложениям полупроводниковых фотонных приборов относятся:

• Запись и обработка оптических данных.
• Отображение информации.
• Оптическая накачка мощных лазеров.
• Телекоммуникации: связь посредством оптоволокна, оптические конверторы с понижением частоты.
• Вычисления посредством фотонных компьютеров: распределение синхросигналов и коммуникация между компьютерами, печатными платами, или в пределах оптоэлектронных интегральных схем.
• Бытовая аппаратура.
• Освещение.
• Основанная на ксерографии лазерная печать.
• Сканеры штрих-кодов, принтеры.
• CD/DVD/Blu-Ray устройства.
• Устройства дистанционного управления.
• Медицина: мониторинг здоровья, диагностика, коррекция слабого зрения, лазерная хирургия, хирургическая эндоскопия, удаление татуировки.
• Промышленность: использование лазера для сварки, сверления отверстий, резки и обработки поверхностей различными методами.
• Робототехника.
• Сельское хозяйство.
• Химический синтез.
• Термоядерная энергетика.
• Строительство: лазерное нивелирование, лазерные дальномеры, интеллектуальные конструкции.
• Авиация: фотонные гироскопы без подвижных деталей.
• Военная техника: системы лазерной обороны, ИК-датчики, управление, навигация, поисково-спасательные операции.
• Метрология: измерение времени, частоты и расстояний.
• спектроскопия.
• Залегание и обнаружение пластов в шахтах.
• Индустрия развлечений: лазерные шоу, голографическое искусство.
• В будущем: квантовые вычисления.

Фотоника - область науки и техники, связанная с использованием светового излучения (или потока фотонов) в системах, которые генерируют, усиливают, модулируют, распространяют и детектируют оптические сигналы.

Оптоинформатика - выделившаяся и доминирующая в последние годы область фотоники, в которой создаются новые технологии передачи, приема, обработки, хранения и отображения информации на основе фотонов.

Фотоника и оптоинформатика - это энергично развивающаяся высокотехнологическая отрасль, ежегодный доход от продаж устройств и систем которой составляет в мире десятки триллионов рублей.

Егор Литвинов, студент

Фотоника для меня - это искусство управления светом, искусство использования света во благо человека. Как и любое искусство, фотоника имеет множество образов, представлений и интерпретаций и каждый человек видит ее по-своему. Занимаясь подобным искусством, ты получаешь целый ряд инструментов, из которых можешь выбрать те, которые тебе нужны, научиться в совершенстве пользоваться ими и применить их, чтобы получить фотонику такой, какой ты ее видишь. Владение этим искусством может приносить вдохновение и просто удовольствие. А в стремлении получить что-то новое ты рискуешь быть захваченным полностью.

Татьяна Вовк, студент

Я учусь на образовательной программе "Физика и технология наноструктур", и логично было бы предположить, что область моих знаний и интересов -- это именно нанофотоника, наука о взаимодействии света с различными наноструктурами и частицами. Это действительно так: в качестве научной работы я провожу исследование об оптическом охлаждении нанокристаллов. Однако на третьем курсе преподаватель нашей группы по квантовой механике, Юрий Владимирович Рождественский (также мой научный руководитель), разбирал классическую задачу о состояниях электронов в поле тяжести Земли. Самым активным студентам он предложил рассмотреть эту задачу не возле Земли, а возле нейтронной звезды, обладающей мощным полем тяготения. Было очень здорово обнаружить, что с помощью этой задачи можно объяснить радиоизлучение от нейтронных звезд, по поводу которого у специалистов-астрофизиков до сих пор нет единого мнения. В результате мы с однокурсником и нашими руководителями опубликовали исследование в высокорейтинговом зарубежном журнале - The Astrophysical Journal! Такое признание научного сообщества очень ценно, ведь никто из нас до этого не занимался астрофизикой. Нам было очень интересно развиваться и получать результаты в совершенно другой области физики -- на "Физике наноструктур" для этого есть все необходимое. Наши руководители и преподаватели всегда приветствуют инициативу и с удовольствием "запускают процесс" научного творчества. При должном упорстве это приводит к порой удивительным результатам!

Максим Масюков, студент

Имея широкий кругозор, мне было довольно трудно выбрать мою будущую профессию. В основном мне были интересны три дисциплины: информатика, физика, математика, и для меня было важно, чтобы в процессе обучения данные три дисциплины были главенствующими. Участвуя в олимпиаде для школьников, я услышал о факультете Фотоники и Оптоинформатики Университета ИТМО. Изучив сайт и дисциплины подготовки, я понял, что это то, что мне нужно. Фотоника - одна из наиболее молодых и быстроразвивающихся отраслей науки. Загоревшись желанием внести свой вклад в научный прогресс, я поступил на данный факультет, и остался удовлетворен. Со 2 курса я занимаюсь научной работой, которая включает в себя изучение свежих иностранных статей в данной научной области, программирование, математические расчёты, компьютерное моделирование. Разносторонние знания гарантируют успех в будущей карьере.

Владимир Борисов, аспирант

Фотоника, если хотите, это оптика XXI века. Почему же не продолжать называть её оптикой? Дело в том, что за последние 50-60 лет наука, изучающая физику света, шагнула настолько далеко вперед, что её едва ли можно сопоставить с общепринятой оптикой. Тут и нелинейные эффекты, и сверхвысокие плотности мощности, и сверхкороткие импульсы. Тут, конечно же, разнообразные квантовые эффекты и их применения. Словом, передний край оптической науки. И, поскольку такая наука уже ничем не напоминает старушку-оптику, то ей и нашлось новое слово - «Фотоника».
Фотоника - наука во многом прикладная. До фотоники никто и подумать не мог, насколько свет может быть полезен в нашей жизни. Сейчас мы движемся к тому, что все больше и больше новейших технологий используют свет. Мы уже умеем передавать информацию на огромные расстояния со скоростью света. А скоро научимся шифровать её так, что никто не сможет нас «подслушать». Мы идем к тому, чтобы лечить разные серьезные болезни при помощи световых технологий. Сейчас во время сложнейших операций, хирурги используют лазерные скальпели для совершения максимально точных надрезов. А представьте себе, что в скором времени достижения фотоники позволят нам вообще не делать надрез, чтобы удалить опухоль или залатать артерию. Благодаря фотонике, исследование дальнего космоса для нас - не такая уж недостижимая цель. А если ученые, в том числе и на нашем факультете, хорошо постараются, то фотоника в скором времени подарит нам настоящую шапку-невидимку и, быть может, световой меч. Ну и, конечно же, не стоит забывать о квантовом компьютере - одной из вершин современной науки, достижение которой невозможно без фотоники.
Словом, фотоника сейчас находится в авангарде современной науки. Она сочетает в себе возможность исследовать ещё неизученные вопросы, а также применять свои знания на благо общества. Пожалуй, это та область физики, где пытливый студент может максимально раскрыть свой потенциал, наилучшим образом реализовавшись в качестве ученого.

Ярослав Грачёв, к.ф.-м.н., ассистент, выпусник факультета

Фотоникой в настоящее время называют оптику в её современном аспекте. Факультет занимается развитием актуальных направлений оптики c применением современных информационных технологий, а это:
- и работа с лазерным импульсным излучением высокой энергии и сверхкороткой длительности;
- и, наоборот, использование низкоэнергетического излучения терагерцового диапазона электромагнитных волн для бесконтактной, неразрушающей диагностики и визуализации объектов с распознаванием веществ;
- и голография, включая как изобразительную голографию, так и создание и обработку трехмерных цифровых копий объекта в реальном времени.
Для меня работав этой области науки стала отличной возможностью для приобретения практических навыков конструкторской и экспериментальной деятельности. А человек с практическими умениями и знаниями всегда востребован.

Ольга Смолянская, к.ф.-м.н., руководитель лаборатории "Фемтомедицины" Международного института Фотоники и оптоинформатики

Термин «Фотоника» впервые прозвучал в 1970 году на 9-м Международном конгрессе по скоростной фотографии в США, г. Денвер. И на первом этапе под «фотоникой» понималась область науки, изучающая оптические системы, в которых носителями информации являлись фотоны. В связи с развитием лазерных технологий и изобретением лазерных диодов и волоконно-оптических систем связи в понятие «фотоника» вошли оптические телекоммуникации. Сегодня «фотоника» - это: оптические и квантовые системы связи;передача, запись и хранение информации; медицинская диагностика и терапия (биофотоника); разработка и производство лазеров; биологические и химические исследования различных объектов; экологический мониторинг; световой дизайн и т.д.
Биофотоника связана с фотобиологией и с медицинской физикой. Поэтому, с одной стороны, биофотоника занимается диагностикой и изучением биологических молекул, клеток и тканей. С другой стороны, она использует свет для воздействия на биологические ткани, например, в хирургии и терапии. Биофотоника изучает разные аспекты взаимодействия биологических объектов и фотонов. Поэтому область применения биофотоники - это, в первую очередь, здоровье человека. Специалисты в области биофотоники также занимаются созданием источников света медицинского назначения, детекторов, систем визуализации и математической обработки оптических сигналов.

Мария Жукова, аспирант

Фотоника - это наука о свете, это технологии его создания, преобразования, применения и обнаружения. Свет всегда играл важную роль в жизни человека - задумайтесь, благодаря ему мы ориентируемся в пространстве, видим друг друга. Сначала люди научились создавать искусственные источники света для обеспечения комфортного существования, а теперь мы имеем огромное количество высокотехнологических устройств, которые используются в многочисленных и разнообразных областях техники.
Фотоника включает в себя применение лазеров, оптики, кристаллов, волоконной оптики, электрооптических, акустооптических устройств, камер, сложных интегральных систем. Фотоника сегодня - это, как научные исследования, так и реальные разработки в областях: медицины, альтернативной энергетики, быстрых вычислений, создания высокопроизводительных компьютеров, новых материалов, телекоммуникации, экологического мониторинга, безопасности, аэрокосмической промышленности, стандартов времени, искусства, печати, прототипирования, и практически всего, что нас окружает.
На сегодняшний день в России, как и во всем мире, все больше и больше компаний и крупный производственных предприятий начинают создавать и использовать новые технологии, связанные с фотоникой. Фотоника открывает широкие возможности и перспективы развития в научной академической среде, а также в области реальных разработок. Это область знания, несомненно, будет развиваться из года в год!