Электроника зашла в тупик. Введение в радиофотонику Развитие фотоники

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. // .

) — область науки и техники, которая занимается изучением фундаментальных и прикладных аспектов генерации, передачи, модуляции, усиления, обработки, детектирования и распознавания оптических сигналов и полей, а также применением указанных явлений при разработке и создании оптических, электрооптических и оптоэлектронных устройств различного назначения.

Описание

Термин фотоника относится к широкой научно-технической области, объединяющей лазерную физику, оптоэлектронику, электрооптику, волоконную и интегральную оптику, нелинейную оптику, оптическую связь, оптическую обработку сигналов и голографию.

Фотоника включает в себя исследование и разработку методов генерации, обработки, хранения, передачи, детектирования и преобразования оптических сигналов и полей в широком спектральном диапазоне - от ультрафиолетового излучения (10–380 нм) до дальнего инфракрасного диапазона (760 нм–1 мм). В большинстве практических применений фотоники используется видимый и ближний инфракрасный диапазон длин волн (0,4–1,6 мкм).

Центральными областями исследований фотоники являются:

• физика и технология соединений;
• и композитные с новыми физическими свойствами;
• физические свойства и технология получения новых типов ;
• , их физические свойства и применение;
• материалы и устройства интегральной оптики;
• нелинейная оптика и новые нелинейно-оптические материалы и устройства;
• оптоэлектронные и электрооптические устройства;
• высокоскоростные устройства обработки оптических сигналов;
• интеграция фотонных и электронных устройств.

Фотоника находится в постоянном развитии: возникают новые направления, технологии и материалы, открываются перспективные области применения. Начало этому процессу было положено созданием и быстрым внедрением волоконнооптических систем связи, стимулировавших прогресс в технологии производства полупроводниковых лазеров, оптических усилителей и модуляторов, приемников излучения и устройств коммутации. Затем начали появляться оптические средства обработки и хранения информации, качественно новые датчики физических величин, прецизионные методы измерений и многое другое. Сегодня фотонные устройства применяются также для отображения информации и сигнализации, для преобразования светового и теплового излучений в электрическую энергию и для других целей.

Авторы

• Разумовский Алексей Сергеевич
• Наний Олег Евгеньевич

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.

Фото́ника - дисциплина, занимающаяся фундаментальными и прикладными аспектами работы с оптическими сигналами, а также созданием на их базе устройств различного назначения.

Общие сведения

Фотоника по сути является аналогом электроники, использующим вместо электронов кванты электромагнитного поля - фотоны. То есть, она занимается фотонными технологиями обработки сигналов, что связано с существенно меньшими энергопотерями, а значит имеет бо́льшую возможность миниатюризации.

Таким образом, фотоника:

• изучает генерацию, управление и детектирование фотонов в видимом и ближнем к нему спектре. В том числе, на ультрафиолетовой (длина волны 10…380 нм), длинноволновой инфракрасной (длина волны 15…150 мкм) и сверхинфракрасной части спектра (например, 2…4 ТГц соответствует длине волны 75…150 мкм), где сегодня активно развиваются квантовые каскадные лазеры.
• занимается контролем и преобразованием оптических сигналов и имеет широкое применение: от передачи информации через оптические волокна до создания новых сенсоров, которые модулируют световые сигналы в соответствии с малейшими изменениями окружающей среды.

Фотоника охватывает широкий спектр оптических, и оптоэлектронных устройств и их разнообразных применений. Коренные области исследований фотоники включают волоконную и интегральную оптику, в том числе нелинейную оптику, физику и технологию полупроводниковых соединений, полупроводниковые , оптоэлектронные , высокоскоростные электронные устройства.

Разделы справки

Кристаллы
Основная статья:

Кристаллы - это твёрдые вещества, имеющие естественную внешнюю форму правильных симметричных многогранников, основанную на их внутренней структуре, то есть на одном из нескольких определённых регулярных расположений составляющих вещество частиц (атомов, молекул, ионов).

Кристаллы делятся по своим свойствам:

Оптика
Основная статья:

О́птика (от др.-греч. ὀπτική - оптика, наука о зрительных восприятиях ) - раздел физики, рассматривающий явления, связанные с распространением электромагнитных волн видимого, инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов спектра. Оптика описывает свойства света и объясняет связанные с ним явления. Методы оптики используются во многих прикладных дисциплинах, включая электротехнику, физику, медицину (в частности, офтальмологию и рентгенологию). В этих, а также в междисциплинарных сферах широко применяются достижения прикладной оптики.

В оптике основными темами рассматриваются:

• Плоская оптика – новые статьи в ближайшее время
• Оптика из пластика – новые статьи в ближайшее время

Лазеры
Основная статья:

Ла́зер (от англ. laser , акроним от l ight a mplification by s timulated e mission of r adiation «усиление света посредством вынужденного излучения»), или опти́ческий ква́нтовый генера́тор - это устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения.

По теме лазеры:

• Преимущество VCSEL – новые статьи в ближайшее время
• Лазеры: понимание основ– новые статьи в ближайшее время
• История лазера– новые статьи в ближайшее время

Устройства
Основная статья:

Рукотворный объект (прибор , механизм, конструкция , установка ) со сложной внутренней структурой, созданный для выполнения определённых функций, обычно в области техники.

• Устройство (радиотехника) - совокупность элементов, представляющих единую конструкцию (блок, плата). Может не иметь в изделии определенного функционального назначения.

Об устройствах подробнее:

• Фотометрический шар – новые статьи в ближайшее время
• Интерферометрия– новые статьи в ближайшее время

История фотоники

Термин «Фотоника» начал широко употребляться в 1980-х в связи с началом широкого использования волоконно-оптической передачи электронных данных телекоммуникационными сетевыми 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 была в значительной степени сконцентрирована на телекоммуникациях. С 2001 года к ней также стали относиться:

• лазерное производство (),
• биологические и химические исследования,
• изменение климата и экологический мониторинг,
• медицинская диагностика и терапия,
• технология показа и проекции,
• оптическое вычисление.

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.

Объем продаж гражданской продукции фотоники, произведенной в России, млрд руб. в год

Объем продаж гражданской продукции фотоники, произведенной в Российской Федерации (на внутренний рынок/на экспорт) (млрд рублей в год)

Распоряжением Правительства Российской Федерации от 24 июля 2013 г. № 1305-р утвержден План мероприятий («дорожная карта») «Развитие оптоэлектронных технологий (фотоники)»

Приказом Минпромторга России от 27 октября 2016 года № 3385 внесены изменения в состав рабочей группы по фотонике для координации деятельности по развитию отрасли в рамках государственных программ, программ инновационного развития государственных корпораций. компаний с государственным участием и программ технологической платформы «Фотоника», утвержденный приказом Минпромторга России от 29 ноября 2013 г. № 1911

Республика Мордовия 18 февраля 2008 года было зарегистрировано акционерное общество «Оптиковолоконные Системы» (далее - АО ОВС). Инвесторами общества являются ОАО «РОСНАНО», ООО «ГПБ - Высокие технологии», Республика Мордовия.

Основная цель АО ОВС – реализация проекта по созданию первого в России завода по производству оптического волокна. Строительство и запуск завода ведется АО ОВС в партнерстве с компанией Rosendahl Nextrom (Финляндия). Rosendahl Nextrom поставляет оборудование для проекта и передаёт технологию производства, включая патенты и ноу-хау, а также проводит обучение и стажировку персонала.
Проект предусматривает промышленное производство телекоммуникационного и технического оптического волокна, внедрение на данное производство последних достижений по созданию наноструктур в оптическом волокне и использованию нанотехнологий для улучшения свойств волокна. Оптоволокно является ключевым сырьем для производства оптоволоконных кабелей связи, применяемых для строительства фиксированных сетей оптической связи.
Завод АО ОВС обладает в текущей конфигурации производственными мощностями – 2,4 млн км оптоволокна волокна в год, что позволит обеспечить 40-50% от потребности российских кабельных заводов в оптическом волокне и на 100% удовлетворить потребность отечественных кабельных заводов в оптическом волокне для целей производства кабельной продукции, реализуемой через систему государственных закупок. Возможно масштабирование производства до 4,5 млн км в год (70-100% от текущего объема рынка) на той же производственной площадке за счет модернизации технологического оборудования.
Организация серийного производства оптических волокон позволит не только обеспечить 14 российских заводов по производству оптических кабелей отечественным сырьём, но и организовать экспорт волокна в страны СНГ и дальнего зарубежья.
25 сентября 2015 г. состоялось открытие завода. В торжественной церемонии пуска приняли участие Заместитель председателя Правительства РФ Аркадий Дворкович, Глава Республики Мордовия Владимир Волков и председатель Правления РОСНАНО Анатолий Чубайс.
До октября 2016 года заводом проводились тестирование и сертификация оптоволокна, в том числе с ПАО «Ростелеком», которые подтвердили качество отечественного оптоволокна. С 15.10.2016 г. начался промышленный выпуск продукции АО ОВС.

Калужская область. В Обнинске в рамках международного (Россия-Германия) проекта создан региональный лазерный инновационно-технологический центр –центр коллективного пользования (Калужский ЛИТЦ-ЦКП). Миссия Центра – способствовать продвижению лазерных технологий и оборудования в промышленность области. Для этого Центр осуществляет консультационную деятельность, демонстрацию современного лазерного оборудования, проводит обучение и подготовку персонала. Калужский ЛИТЦ-ЦКП входит в инновационную структуру области и пользуется поддержкой правительства области в виде субсидий, а также приглашения к участию в маркетинговых акциях в виде бизнес-миссий.

Пермский край. Проект «Создание наукоемкого производства фотонных интегральных схем для навигационного приборостроения» (ОАО «Пермская научно-производственная приборостроительная компания») при поддержке Правительства Пермского края получил грант Минобрнауки России в размере 160 млн. руб.

Пермский край. Проект «Создание производства оптического кабеля, встроенного в грозотрос» (ООО «Инкаб») при поддержке Правительства Пермского края включен Минпромторгом России в перечень приоритетных комплексных инвестиционных проектов, получающих субсидии на компенсацию уплаченных процентов по кредитам, взятым в российских кредитных организациях, расчётный размер субсидии около 100 млн. руб.

Пермский край. По результатам регионального конкурса по программе Фонда содействия инновациям «Умник» молодыми учёными кластера «Фотоника», организованного региональным представительством Фонда при поддержке Правительства ПК в 2014 г. получено два гранта общей суммой 800 тыс. руб. :

• «Разработка бортовой волоконно-оптической системы измерения и связи.
• «Разработка интегрально-оптического гироскопа на основе эффекта «мод шепчущей галереи»;

Самарская область. Развитие важнейших фундаментальных и прикладных исследований и разработок в области ведется по приоритетным направлениям развития лазерных технологий:

• фундаментальные исследования в области лазерных технологий: СФ ИРЭ РАН, Научно-образовательный институт оптики и биофотоники СГУ им. Н.Г. Чернышевского, ООО НПП «Инжект»;
• прикладные исследования в области лазерных технологий: Научно-образовательный институт оптики и биофотоники СГУ им. Н.Г. Чернышевского, ФГУП «НПП «Алмаз», Научно-производственная фирма «Прибор-Т» СГТУ, ЗАО «Кантегир», ОАО «ЦНИИИА», НПФ «Пьезон», НИИ Знакосинтезирующей электроники «Волга», ООО НПП «Инжект», ООО «Наноструктурная технология стекла», ООО «Эрбий» и другие;
• развитие материально-технической базы и инфраструктуры лазерных технологий: ООО НПП «Инжект», НПФ «Прибор-Т» СГТУ, ЗАО «Кантегир»;
• подготовка кадров в области лазерных технологий: Научно-образовательный институт оптики и биофотоники СГУ им. Н.Г. Чернышевского, НПФ «Прибор-Т» СГТУ и другие.