Гразеры, разеры, лазеры и современное развитие фотоники

    с такими несущими проблематична даже на незначительные расстояние.  По

    формуле,  приведённой на слайде №5,  можно посчитать,  что при передаче через

    эфир  всего на 100 м сигнала с несущей  в районе 50  ГГц,  потери составят более

    100 дБ. 

             Потери в коаксиальных кабелях  будут немного поменьше,  но  и тут,  в

    лучшем  случае, речь может идти о сотнях метров, причём стоить это будет очень

    дорого.  Поэтому,  ни о каком массовом распространении таких коаксиальных

    линий и речи быть не может.             Поэтому,  передача таких сверхширокополосных  сигналов на дальние

    расстояния:  десятки, сотни и даже тысячи километров была возможна только по

    волоконно-оптическим линиям связи  (ВОЛС).  И только на конечном этапе

    передачи  сверхширокополосного сигнала –  в точке разветвления для абонентов

    локальной сети можно использовать передачу через эфир.  

             Такой тип связи принято назвать  волоконно-оптической радиосвязью,  или

    как это принято называть за рубежом, Radio - over - Fiber или ROF.

              Возможная структурная схема  ВОЛС для сети волоконно-оптической

    радиосвязи  приведена на слайде №6.  Передача сверхширокополосного СВЧ

    согнала осуществляется следующим образом:

             - сначала оптический сигнал модулируется  входным информационным СВЧ

    сигналом,  который может быть предварительно усилен во входном СВЧ

    усилителе;

             - источником оптического сигнала является лазерный диод;

             - модуляция осуществляется в  электрооптическом модуляторе;

             -  далее промодулированный оптический  сигнал поступает на вход

    оптоволоконного кабеля;

             -  в оптоволоконном кабеле сигнал может быть усилен оптическим

    усилителем;

             -  на выходе оптоволоконного  кабеля стоит фотодетектор,  в  котором

    осуществляется  демодуляция оптического сигнала;

             - продетектированный СВЧ сигнал, который является тождественной  копией

    входного  сигнала СВЧ, может быть усилен выходным усилителем СВЧ;

             - выходной сигнал СВЧ поступает  на эфирную антенну локальной  сети.           

             Таким образом, для того, чтобы  сверхширокополосные сигналы СВЧ  можно

    было  передавать по ВОЛС,  сначала этими сигналами необходимо промодулиро-

    вать  оптический сигнал.    Что представляет собой процесс модуляции c  физической точки зрения?

    Это взаимодействие в оптической среде  оптических и микроволновых

    сигналов, а изучением таких взаимодействий и занимается раздел науки, которыйназывается  микроволновая фотоника.  На слайде №7  приведено определение

    микроволновой фотоники.

Компьютерная  фотоника объединяет современную физическую и квантовую оптику, математику и компьютерные технологии и находящуюся на этапе активного развития, когда становится возможным реализовать новые идеи, методы и технологии. [3]

    Характерной чертой развития современной оптики становится активное внедрение

    достижений  фундаментальной науки в практические разработки.  Ярким примером

    являются  информационные технологии, перспективы  развития которых основываются на

    оптических  принципах представления,  передачи,  обработки и хранения информации.

    Активно возрастающие функциональные и вычислительные возможности компьютерных

    технологий  создали необходимые предпосылки  развития компьютерной фотоники,

    базирующейся  на принципиальной интеграции фотоники и компьютерных технологий.

    Компьютерная  фотоника объединяет современную физическую и квантовую оптику,

    математику  и компьютерные технологии и находится  на этапе активного развития, когда

    становится  возможным реализовать новые  идеи, методы и технологии 

    Рассматриваемые методы,  разумеется,  далеко не исчерпывают  возможности и

    перспективы компьютерной фотоники,  они наглядно характеризуют последние

    достижения  в этой области.

    Важно подчеркнуть,  что методы оптической томографии,  цифровой голографии и

    трехмерной  фотографии, представленные в статье, в весьма короткие сроки прошли путь

    от  фундаментальных исследований до создания приборов и систем,  широко

    востребованных  в области биомедицины,  в высоких  технологиях и инженерных

    приложениях [1]. 
 

    Важно отметить,  что компьютерная фотоника является областью информационных

    технологий  и обеспечивает решение проблем  формирования,  преобразования,  передачи,

    обработки и визуализации изображений.  В  последние годы эффективность

    информационных  технологий рассматривается с позиций соотношения качества

    обслуживания  и стоимости создаваемых систем [28], что является важнейшим критерием

    развития  информационных технологий. Системы  компьютерной фотоники основываются

    на  достижениях фундаментальной науки  и ориентированы на актуальные потребности

    современного  информационного общества

    Оптоинформатика — область науки и техники, связанная с исследованием, созданием и эксплуатацией новых материалов, технологий и устройств для передачи, приёма, обработки, хранения и отображение информации на основе оптических технологий.

Связь фотоники с другими областями наук

    Классическая  оптика Фотоника близко связана с оптикой. Однако оптика предшествовала открытию квантования света (когда фотоэлектрический эффект был объяснен Альбертом Эйнштейном в 1905). Инструменты оптики — преломляющая линза, отражающее зеркало, и различные оптические узлы, которые были известны задолго до 1900. При этом ключевые принципы классической оптики, такие как правило Гюйгенса, Уравнения Максвелла, и выравнивание световой волны не зависят от квантовых свойств света, и используются как в оптике, так и в фотонике.

    Современная оптика Термин «Фотоника» в этой области приблизительно синонимичен с терминами «Квантовая оптика», «Квантовая электроника», «Электрооптика», и «Оптоэлектроника». Однако каждый термин используется различными научными обществами с разными дополнительными значениями: например, термин «квантовая оптика» часто обозначает фундаментальное исследование, тогда как термин «Фотоника» часто обозначает прикладное исследование. Термин «Фотоника» в области современной оптики наиболее часто обозначает:

    Партикулярные свойства света

    Возможность создания фотонных технологий обработки  сигналов

    Аналогия  к термину «Электроника».

История фотоники

    Фотоника  как область науки началась в 1960 с изобретением лазера, а также с изобретения лазерного диода в 1970-х с последующим развитием волоконно-оптических систем связи как средств передачи информации, использующих световые методы. Эти изобретения сформировали базис для революции телекоммуникаций в конце XX-го века, и послужили подспорьем для развития Интернета.

    Исторически, начало употребления в научном сообществе термина «фотоника» связано с выходом в свет в 1967 книги академика А. Н. Теренина «Фотоника молекул красителей». Тремя годами раньше по его инициативе на физическом факультете ЛГУ была создана кафедра биомолекулярной и фотонной физики, которая с 1970 г. называется кафедрой фотоники. [4]

    А. Н. Теренин определил фотонику как «совокупность взаимосвязанных фотофизических и фотохимических процессов». В мировой науке получило распространение более позднее и более широкое определение фотоники, как раздела науки, изучающего системы, в которых носителями информации являются фотоны. В этом смысле термин «фотоника» впервые прозвучал на 9-ом Международном конгрессе по скоростной фотографии (Denver. USA. 1970).

    Термин  «Фотоника» начал широко употребляться  в 1980-х в связи с началом  широкого использования волоконно-оптической передачи электронных данных телекоммуникационнымисетевыми провайдерами (хотя в узком употреблении оптическое волокно использовалось и ранее). Использование термина было подтверждено, когда сообщество IEEE установило архивный доклад с названием «Photonics Technology Letters» в конце 1980-х.

    В течение этого периода приблизительно до 2001 г. фотоника как область науки была в значительной степени сконцентрирована на телекоммуникациях. С 2001 года термин «Фотоника» также охватывает огромную область наук и технологий, в том числе: