Fotonik

Fotonik  är en disciplin som behandlar de grundläggande och tillämpade aspekterna av att arbeta med optiska signaler, såväl som skapandet av enheter för olika ändamål på grundval av dessa [1] .

Allmän information

Fotonik är i huvudsak en analog till elektronik , som använder kvanta av det elektromagnetiska fältet istället för elektroner - fotoner . Det vill säga, det är engagerat i fotonisk signalbehandlingsteknik, vilket är förknippat med betydligt lägre energiförluster, vilket innebär att det har en större möjlighet till miniatyrisering.

Så fotonik:

• studerar generering, kontroll och detektion av fotoner i det synliga och nära synliga spektrumet . Inklusive ultraviolett ( våglängd 10...380 nm ), långvågig infraröd ( våglängd 15...150 µm ) och ultra-infraröd del av spektrumet (till exempel 2...4 THz motsvarar en våglängd på 75. ..150 µm) , där kvantkaskadlasrar .
• handlar om styrning och omvandling av optiska signaler och har en bred tillämpning: från överföring av information genom optiska fibrer till skapandet av nya sensorer som modulerar ljussignaler i enlighet med de minsta förändringar i miljön [2] [3] .

Fotonik täcker ett brett utbud av optiska , elektrooptiska och optoelektroniska enheter och deras olika tillämpningar. Inhemska forskningsområden inom fotonik inkluderar fiber och integrerad optik, inklusive olinjär optik , halvledarövergångsfysik och teknologi , halvledarlasrar , optoelektroniska enheter , höghastighets elektroniska enheter.

Enligt vissa rapporter ersätter den nya, generaliserade termen "fotonik" gradvis termen "optik" [4] .

Fotonikens historia

Fotonik som vetenskapsområde började 1960 med uppfinningen av lasern , och även med uppfinningen av laserdioden på 1970-talet, följt av utvecklingen av fiberoptiska kommunikationssystem som ett sätt att överföra information med ljusmetoder. Dessa uppfinningar utgjorde grunden för telekommunikationsrevolutionen i slutet av 1900-talet och drev på utvecklingen av Internet .

Historiskt sett är början av användningen av termen "fotonik" i det vetenskapliga samfundet förknippad med publiceringen 1967 av boken "Photonics of Dye Molecules" av akademiker A. N. Terenin . Tre år tidigare, på hans initiativ , etablerades Institutionen för biomolekylär och fotonfysik vid fakulteten för fysik vid Leningrad State University , som sedan 1970 har kallats Institutionen för fotonik. [5]

A. N. Terenin definierade fotonik som "en uppsättning sammanhängande fotofysiska och fotokemiska processer." Inom världsvetenskapen har en senare och bredare definition av fotonik blivit utbredd som en vetenskapsgren som studerar system där fotoner är informationsbärare . I denna mening nämndes termen "fotonik" först vid den nionde internationella kongressen för höghastighetsfotografering 1970 i Denver (USA).

Termen "Photonics" började användas flitigt på 1980-talet i samband med den utbredda användningen av fiberoptisk överföring av elektronisk data av telekommunikationsnätverksleverantörer ( även om optisk fiber användes i snävare användning tidigare). Användningen av termen bekräftades när IEEE -gemenskapen etablerade ett arkiverat papper som heter "Photonics Technology Letters" i slutet av 1980-talet.

Under denna period, fram till omkring 2001, var fotoniken till stor del koncentrerad till telekommunikation . Sedan 2001 har det också kallats:

• laserproduktion , _
• biologisk och kemisk forskning,
• klimatförändringar och miljöövervakning [6] ,
• medicinsk diagnostik och terapi ,
• display- och projektionsteknik ,
• optisk beräkning.

Lovande utveckling

2015 skapades en ultrasnabb fotonisk switch baserad på kiselnanostrukturer vid Moscow State University, som i framtiden kommer att göra det möjligt att skapa enheter för att överföra och bearbeta information med hastigheter på tiotals och hundratals terabits per sekund [7] .

Tvärvetenskapliga anvisningar

På grund av den höga globala vetenskapliga och tekniska aktiviteten och den enorma efterfrågan på nya resultat, växer nya och nya tvärvetenskapliga områden fram inom fotonik:

• Mikrovågsfotonik studerar interaktionen mellan en optisk signal och en högfrekvent (större än 1 GHz ) elektrisk signal . Detta område inkluderar grunderna för optisk-mikrovågsinteraktion, driften av fotoniska enheter i mikrovågor , fotonisk kontroll av mikrovågsenheter, högfrekventa transmissionslinjer och användningen av fotonik för att utföra olika funktioner i mikrovågskretsar.
• Datorfotonik kombinerar modern fysikalisk och kvantoptik , matematik och datorteknik och befinner sig i ett aktivt utvecklingsstadium, när det blir möjligt att implementera nya idéer, metoder och teknologier [9] .
• Optoinformatik  är ett vetenskaps- och teknikområde förknippat med studier, skapande och drift av nya material, teknologier och anordningar för att överföra, ta emot, bearbeta, lagra och visa information baserad på optisk teknologi.

Relation mellan fotonik och andra vetenskapsområden

Klassisk optik

Fotonik är nära besläktat med optik . Optik föregick dock upptäckten av ljuskvantisering (när den fotoelektriska effekten förklarades av Albert Einstein 1905). Optikens verktyg är den refraktiva linsen , den reflekterande spegeln och olika optiska enheter, som var kända långt före 1900. Samtidigt är nyckelprinciperna för klassisk optik, såsom Huygens -regeln , Maxwells ekvationer och inriktningen av en ljusvåg, inte beroende av ljusets kvantegenskaper och används i både optik och fotonik.

Modern optik

Termen "Photonics" i detta område är ungefär synonymt med termerna " Quantum optics ", "Quantum electronics ", "Electro-optics" och " Optoelectronics ". Varje term används dock av olika vetenskapliga sällskap med olika ytterligare betydelser: till exempel betecknar termen "kvantoptik" ofta grundforskning, medan termen "Photonics" ofta betecknar tillämpad forskning.

Se även

• kvantoptik
• Fotonisk kristall
• Holografi
• Elektronik

Anteckningar

1. ↑ . fotonik // Encyclopedic Dictionary of Nanotechnologies. - Rosnano . — 2010. (ryska)
2. ↑ Webbplats för Institutionen för fotonik och elektroteknik vid Kharkov National University of Radio Electronics (otillgänglig länk) . Hämtad 28 november 2008. Arkiverad från originalet 15 december 2008. (obestämd) 
3. ↑ Tack vare piezo-fototronik har en rad känsliga sensorer som liknar hud skapats // Site Nanonewsnet.ru 16 aug 2013 . Hämtad 31 augusti 2014. Arkiverad från originalet 3 september 2014. (obestämd)
4. ↑ Fysiska fakulteten, Rostov State University (otillgänglig länk) . Hämtad 5 november 2008. Arkiverad från originalet 3 september 2014. (obestämd) 
5. ↑ Plats för forskningsinstitutet för fysik. V. A. Foka. (inte tillgänglig länk) . Hämtad 28 november 2008. Arkiverad från originalet 26 maj 2008. (obestämd) 
6. ↑ Journal of Biophotonics . Hämtad 1 november 2011. Arkiverad från originalet 31 januari 2013. (obestämd)
7. ↑ Moscow State University-forskare har skapat en fotonväxel för "framtidens datorer" // RIA Novosti, 10/16/2015 . Datum för åtkomst: 21 oktober 2015. Arkiverad från originalet 21 oktober 2015. (obestämd)
8. ↑ En handledning om mikrovågsfotonik (IEEE) . Datum för åtkomst: 19 februari 2019. Arkiverad från originalet den 24 januari 2019. (obestämd)
9. ↑ Webbplats för institutionen för datorfotonik och videoinformatik, fakulteten för fotonik och optoinformatik, St. Petersburg State University ITMO . Hämtad 12 augusti 2009. Arkiverad från originalet 13 augusti 2009. (obestämd)

Länkar

• Webbplats för Institutionen för fotonik och optoinformatik vid National Research University ITMO
• Webbplats för fakulteten för laserfotonik och optoelektronik vid National Research University ITMO
• Webbplats för institutionen för fotonik , fakulteten för fysik, St. Petersburg State University
• Webbplats för institutionen för fotonik och elektroteknik vid Kharkov National University of Radioelectronics
• Utbildningsmaterial från Laboratory of Laser Systems vid Novosibirsk State University
• Ordlista över fotoniktermer . Siberian State Geodetic Academy
• Journal "Photonics" Vetenskaplig och teknisk tidskrift
• Problem med laserstrålningsspridning inom fotonik och biofotonik . Quantum Electronics, Special Issue, Vol. 36, Nr. 11-12, (2006)
• Utställningsfotonik . En värld av lasrar och optik. Moskva. Expocenter på Krasnaya Presnya.
• Platsen för det vetenskapliga och pedagogiska centret för fotonik och IR-teknik vid Moskvas statliga tekniska universitet. N. E. Bauman

Litteratur

• Vilesov F. I. , Ermolaev V. L., Krasnovsky A. A. Molecular photonics. - L., Nauka , 1970. - 438 sid.

Ordböcker och uppslagsverk	Stor dansk Stor katalanska stor kines Stor norsk
I bibliografiska kataloger	BNF : 12264233h GND : 4243979-6 J9U : 987007543630405171 LCCN : sh85101397 NKC : ph120337