Følelsespsykologi 

Fotoniske enheder til optisk signalbehandling. Anvendelse af fotonik i neurokirurgi. Hvad er de

Optik er en af ​​de ældste og mest respekterede videnskaber, der studerer skabelse, distribution og registrering af lys.

Moderne udviklingsstadium af optik

I den videnskabelige verden menes det, at tre store opdagelser i de senere år stort set har opdateret optik som en videnskab og bidraget til at styrke dens rolle i udviklingen af ​​moderne teknologier:

  1. laserens opfindelse;
  2. skabe en optisk fiber, der har lave tab;
  3. konstruktion af halvlederlasere.

Disse opfindelser fødte nye videnskabelige discipliner, såsom:

  • elektro-optik;
  • optoelektronik;
  • kvanteelektronik;
  • kvanteoptik og andre.

Udtrykket "elektro-optik" bruges til at betegne en gren af ​​videnskaben, der overvejer principperne for drift, fænomener og designfunktioner for optiske enheder, hvor elektriske effekter spiller den vigtigste rolle. Disse optiske enheder omfatter for eksempel:

  • lasere;
  • elektro-optiske modulatorer;
  • skifter.

Optoelektronik betragter enheder og systemer forbundet på den ene eller anden måde med lys, hvor den elektroniske natur er afgørende. Eksempler på sådanne enheder er:

  • LED'er;
  • flydende krystaller;
  • matrix fotodetektorer.

Afsnittet af kvanteelektronik er afsat til enheder og strukturer, hvis grundlag er samspillet mellem en lysbølge og stof. Kvanteelektronikenheder omfatter lasere og ikke-lineære optiske enheder, der bruges til at forstærke og skifte bølger.

Kvanteoptik er hovedsageligt viet til lysets kvanteegenskaber og sammenhængende egenskaber.

Udtrykket "optisk teknologi" bruges nu til at beskrive enheder og systemer, der bruges i optisk kommunikation og optisk informationsbehandling.

Fotonik som tilhænger af optikken

Udtrykket fotonik afspejler sammenhængen mellem optik og elektronik. Dette forhold forstærkes af den voksende rolle, som halvledermaterialer og -enheder spiller i optiske systemer.

I denne forbindelse undersøger elektronik processerne til at kontrollere strømmen af ​​elektriske ladninger i vakuum og stof, mens fotonik er ansvarlig for at kontrollere fotoner i frit rum eller et materielt medium. Genstandsfelterne for begge videnskabelige sektioner overlapper hinanden, da elektroner er i stand til at kontrollere strømmen af ​​fotoner, og fotoner kan kontrollere strømmen af ​​elektroner.

Navnet "fotonik" indikerer vigtigheden af ​​at forstå lysets partikelnatur i beskrivelsen af ​​principperne for driften af ​​mange enheder i optik.

Fotonik studerer følgende processer og fænomener:

  • Processerne med at generere sammenhængende lys ved hjælp af lasere og usammenhængende lys ved hjælp af luminescerende kilder, såsom LED'er.
  • Transmission af lys i frit rum, gennem de "klassiske" elementer af optik (linser, membraner og billeddannelsessystemer) og bølgeledere (for eksempel optiske fibre).
  • Modulering, omskiftning og scanning af lys bruges med enheder, der styres af elektricitet, akustisk eller optisk.
  • Forstærkning og frekvensomdannelse af en lysbølge under interaktionen af ​​en bølge med ikke-lineære materialer.
  • Lysdetektion.

Resultaterne af fotonikforskning finder anvendelse inden for optisk kommunikation, signalbehandling, sensing, informationsvisning, udskrivning og kraftoverførsel.

    Fire teorier om lys, hver af disse teorier er mere generelle end den foregående:

    • stråle optik;
    • bølgeoptik;
    • elektromagnetisk optik;
    • fotonoptik.

  1. Teorien om interaktion med stof.

    Teori om halvledere og deres optiske egenskaber.

Stråleoptik i fotonik bruges til at beskrive billeddannelsessystemer, og forklarer hvorfor den er begrænset, når man overvejer processer i bølgeledere og resonatorer.

Skalarbølgeteori bruges af fotonik til at overveje optiske stråler, den er nødvendig for at forstå processer i lasere og Fourier-optik og er nyttig til at beskrive sammenhængende optiske systemer og holografi.

Den elektromagnetiske teori om lys er grundlaget for at overveje polarisering og spredning af lys, styret bølgeoptik, fibre og resonatorer.

Fotonoptik beskriver samspillet mellem lys og stof. Det forklarer processerne for generering og registrering af lys, forskydningen af ​​lys i ikke-lineære medier.

Bemærkning 1

Fotonik beskæftiger sig med design og brug af optiske, elektro-optiske og optoelektriske enheder.

Fotonik som videnskab

Bemærkning 2

Fotonik er en videnskab, der udforsker det grundlæggende og anvendelse af optiske signaler som fotonstrømme i forskellige enheder og systemer.

Fotonik kan defineres som videnskaben om at skabe, kontrollere og detektere fotoner i de synlige og infrarøde dele af spektret, udbrede dem i den ultraviolette del, den infrarøde del med lange bølgelængder. Kvantekaskadelasere er i øjeblikket ved at blive skabt i disse områder.

Fotonikens historie som videnskab er blevet talt siden 1960 (dengang laseren blev opfundet). Fotonik blev dannet på grundlag af mange videnskaber (ud over optik), for eksempel:

  • faststoffysik;
  • materialevidenskab;
  • informatik;
  • halvlederfysik mv.

Bemærkning 3

Selve udtrykket "fotonik" dukkede først op i A.N. Terenin "Fotonik af farvestofmolekyler". I 1970 begyndte fotonik at blive defineret som en videnskab, der betragter processer og fænomener, hvor fotoner tjener som informationsbærere.

Fotonikens videnskabelige interesser er brede. Hvis hun tidligere overvejede spørgsmål, der hovedsagelig var relateret til telekommunikation, omfatter hendes interesseområder nu:

  • lasere;
  • teknologier inden for halvledere;
  • forskning i biologi og kemi;
  • miljøspørgsmål;
  • nanoobjekter;
  • informatik mv.

Da de er engageret i skabelse, kontrol og regulering af optiske signaler, er resultaterne af fotonikforskning meget brugt: fra transmission af information ved hjælp af optisk fiber til design af sensorenheder, der modulerer lyssignaler, der opstår, når de miljømæssige parametre ændres.

Salg af civile fotonikprodukter fremstillet i Rusland, milliarder rubler i år

Salgsvolumen af ​​civile fotonikprodukter fremstillet i Den Russiske Føderation (til hjemmemarkedet/til eksport) (milliard rubler om året)

Bekendtgørelse fra Den Russiske Føderations regering af 24. juli 2013 nr. 1305-r handlingsplanen ("køreplan") "Udvikling af optoelektroniske teknologier (fotonik)" blev godkendt

Bekendtgørelse fra det russiske industri- og handelsministerium af 27. oktober 2016 nr. 3385 der blev foretaget ændringer i sammensætningen af ​​arbejdsgruppen om fotonik for at koordinere aktiviteter til udvikling af industrien inden for rammerne af statslige programmer, innovative udviklingsprogrammer for statslige selskaber. virksomheder med statsdeltagelse og programmer for den teknologiske platform "Photonics", godkendt efter ordre fra det russiske industri- og handelsministerium dateret 29. november 2013 nr. 1911

Republikken Mordovia Den 18. februar 2008 blev aktieselskabet "Optic fiber Systems" (herefter benævnt JSC OVS) registreret. Selskabets investorer er OJSC RUSNANO, LLC GPB - High Technologies, Republic of Mordovia.

Hovedmålet for JSC OVS er implementeringen af ​​et projekt for at skabe det første anlæg i Rusland til produktion af optisk fiber. Konstruktionen og lanceringen af ​​anlægget udføres af JSC OVS i samarbejde med Rosendahl Nextrom (Finland). Rosendahl Nextrom leverer udstyr til projektet og overfører produktionsteknologi, herunder patenter og knowhow, samt uddannelse og uddannelse af personale.
Projektet sørger for industriel produktion af telekommunikation og tekniske optiske fibre, introduktionen af ​​de seneste resultater inden for skabelsen af ​​nanostrukturer i optiske fibre og brugen af ​​nanoteknologier til at forbedre fiberens egenskaber. Optisk fiber er et nøgleråmateriale til produktion af fiberoptiske kommunikationskabler, der anvendes til konstruktion af faste optiske kommunikationsnetværk.
JSC OBC-fabrikken har i sin nuværende konfiguration en produktionskapacitet på 2,4 millioner km optisk fiber om året, hvilket vil levere 40-50% af efterspørgslen fra russiske kabelfabrikker inden for optisk fiber og 100% tilfredsstille behovet hos indenlandske kabelfabrikker inden for optisk fiber til produktionsformål kabelprodukter, der sælges gennem det offentlige indkøbssystem. Det er muligt at skalere produktionen op til 4,5 millioner km om året (70-100% af det nuværende markedsvolumen) på samme produktionssted gennem modernisering af procesudstyr.
Organiseringen af ​​serieproduktion af optiske fibre vil ikke kun give 14 russiske fabrikker til produktion af optiske kabler med indenlandske råvarer, men også organisere eksporten af ​​fibre til CIS-landene og langt i udlandet.
Den 25. september 2015 fandt åbningen af ​​anlægget sted. Lanceringsceremonien blev overværet af vicepremierminister i Den Russiske Føderation Arkady Dvorkovich, leder af Republikken Mordovia Vladimir Volkov og formand for bestyrelsen for RUSNANO Anatoly Chubais.
Indtil oktober 2016 udførte anlægget fiberoptisk test og certificering, herunder med PJSC Rostelecom, som bekræftede kvaliteten af ​​indenlandsk fiber. Den 15. oktober 2016 begyndte den industrielle produktion af JSC OVS-produkter.

Kaluga-regionen. I Obninsk blev der inden for rammerne af det internationale (Rusland-Tyskland) projekt oprettet et regionalt laserinnovations- og teknologicenter - et center for kollektiv brug (Kaluga LITC-CCU). Centrets mission er at fremme fremme af laserteknologier og -udstyr i regionens industri. For at gøre dette udfører centret konsulentaktiviteter, demonstrationer af moderne laserudstyr og gennemfører træning og træning af personale. Kaluga LITC-CCU er en del af innovationsstrukturen i regionen og nyder støtte fra den regionale regering i form af tilskud, samt invitationer til at deltage i marketingkampagner i form af forretningsmissioner.

Perm-regionen. Projektet "Oprettelse af videnskabsintensiv produktion af fotoniske integrerede kredsløb til navigationsinstrumentering" (JSC "Perm Research and Production Instrument-Making Company") med støtte fra regeringen i Perm-territoriet modtog et tilskud fra ministeriet for undervisning og videnskab af Rusland i mængden af 160 millioner rubler

Perm-regionen. Projektet "Oprettelse af produktion af optisk kabel indbygget i jordledningen" (LLC "Inkab") med støtte fra regeringen i Perm-territoriet er inkluderet af det russiske industri- og handelsministerium på listen over prioriterede komplekse investeringer projekter, der modtager tilskud til at kompensere for betalte renter på lån optaget fra russiske kreditinstitutter, er det anslåede beløb for tilskuddet ca. 100 millioner rubler

Perm-regionen. Ifølge resultaterne af den regionale konkurrence under programmet for Umnik Innovation Promotion Fund modtog unge forskere fra Photonics-klyngen, organiseret af fondens regionale repræsentationskontor med støtte fra PC-regeringen, to stipendier i 2014 med i alt beløb 800 tusind rubler:

  • "Udvikling af et indbygget fiberoptisk måle- og kommunikationssystem.
  • "Udvikling af et integreret optisk gyroskop baseret på effekten af ​​"hviskende galleritilstand";

Samara-regionen. Udviklingen af ​​den vigtigste grundlæggende og anvendte forskning og udvikling i regionen udføres i prioriterede områder for udvikling af laserteknologier:

  • grundlæggende forskning inden for laserteknologier: SF IRE RAS, Scientific and Educational Institute of Optics and Biophotonics SSU. N.G. Chernyshevsky, NPP Inzhekt LLC;
  • anvendt forskning inden for laserteknologier: Scientific and Educational Institute of Optics and Biophotonics, SSU N.G. Chernyshevsky, Federal State Unitary Enterprise NPP Almaz, Research and Production Company Pribor-T SGTU, CJSC Kantegir, JSC TsNIIIA, Scientific and Production Company Piezon, Research Institute of Sign Synthesizing Electronics Volga, LLC NPP Inzhekt, LLC Nanostructural technology of glass", LLC "Erbiy" og andre;
  • udvikling af den materielle og tekniske base og infrastruktur for laserteknologier: NPP Inzhekt LLC, NPF Pribor-T SSTU, CJSC Kantegir;
  • uddannelse inden for laserteknologier: Scientific and Educational Institute of Optics and Biophotonics, SSU N.G. Chernyshevsky, NPF "Pribor-T" SSTU og andre.

I. Definition af radiofotonik

I løbet af de sidste årtier har vi inden for ultrabredbåndstransmissionssystemer observeret processen med at erstatte "elektroniske" systemer med "fotoniske". Dette skyldes primært fotonens forskellige fysiske natur. Fraværet af ladning og masse giver den egenskaber umulige for en elektron. Som et resultat er fotoniske systemer (sammenlignet med "elektroniske") ikke udsat for eksterne elektromagnetiske felter, har et meget større transmissionsområde og signalbåndbredde.

Disse og mange andre fordele, der allerede er realiseret på grundlag af fotonik inden for telekommunikation, giver ret til at tale om fremkomsten af ​​en ny retning - radiofotonik, som opstod fra fusionen af ​​radioelektronik, integreret og bølgeoptik, mikrobølgeoptoelektronik og en række andre grene af videnskab og industriel produktion.

Med andre ord under radiofotonik (mikrobølgefotonik) vi vil forstå, forene en bred vifte af områder af videnskab og teknologi, hovedsageligt relateret til problemerne med at transmittere, modtage og konvertere et signal ved hjælp af elektromagnetiske bølger i mikrobølgeområdet og fotoniske enheder og systemer.

II. Radiofotonik er nemt!

  2. .
  3. Download arkivet med præsentation og udskrift af rapporten.

III. Grundlæggende om radiofotonik

  1. En ny trend inden for fotonik er mikrobølgeoptoelektronik. MIG. Belkin, A.S. Sigov. // Radioteknik og elektronik, bind 54, nr. 8, s. 901-914. 2009 // .
  2. Grundlæggende om mikrobølgefotonik. Vincent Ju Urick Jr., Jason D. McKinney, Keith J. Williams. // Moskva. Teknosfæren. 2016 // .

IV. Fotoniske og radiofotoniske komponenter, enheder og systemer

lasere

  1. Principper for lasere. 4. udg. O. Zvelto. // SPb. Doe. 2008 // .

Optoelektroniske generatorer

  1. Optoelektronisk generator - den første enhed inden for mikrobølgeoptoelektronik. MIG. Belkin, A.V. Loparev. // Elektronik: Videnskab, teknologi, virksomhed nr. 6. 2010 // .
  2. Afstembar spin-wave optoelektronisk mikrobølgegenerator. A.B. Ustinov, A.A. Nikitin, B.A. Kalinikos. // All-russisk konference "Elektronik og mikroelektronik mikrobølge". 2015 // .

Elektro-optiske modulatorer

  1. Elektro-optiske materialer baseret på tynde film af molekylære krystaller - fordele og muligheder for brug. I.Yu. Denisyuk, Yu.E. Burunkova, T.V. Smirnova. // Optisk journal, v. 74, s. 63-69. 2007 // .
  2. Lavspændings elektro-optisk modulator baseret på DAST molekylære tyndfilmskrystaller. I.Yu. Denisyuk, Yu.E. Burunkov. // CriMiCo. 2007 // .
  3. Integrerede elektro-optiske Mach-Zehnder-modulatorer og andre passive komponentbaser af radiofotonik. A.A. Belousov, Yu.N. Volkhin, A.V. Gamilovskaya, A.A. Dubrovskaya, T.V. Smirnova. // Russisk videnskabelig og praktisk konference "Udvikling og produktion af indenlandsk elektronisk komponentbase" ("Komponent-2014"). 2014 // Download arkivet med præsentation og udskrift af rapporten.
  4. Elektro-optisk modulator i henhold til skemaet for Mach-Zehnder-interferometeret. V.M. Afanasiev. // Anvendt fotonik. T3. nr. 4. 2016 // .

Radiofotoniske ADC'er og analoge processorer

  1. Analog-til-digital konverter undersøgelse og analyse. Robert H. Walden. // IEEE JOURNAL OM UDVALGTE OMRÅDER I KOMMUNIKATION, BIND. 17, nr. 4, april. 1999 // .
  2. Udsigter for implementering af ADC ved hjælp af metoder til mikrobølgefotonik. Yu.N. Volkhin.// Videnskabeligt seminar "Moderne problemer med radiofysik og radioteknik" 29.01.2011. 2015 // Download arkivet med præsentationen og udskriften af ​​rapporten.
  3. Oversigt over mulige måder at implementere radiofotoniske ADC'er. E.V. Tikhonov, Yu.N. Volkhin.// V All-russisk videnskabelig og teknisk konference "Erfaringsudveksling inden for skabelse af ultrabredbånds radioelektroniske systemer" (SHF-2014). 2014 // .
  4. Gennemgang og undersøgelse af mulige muligheder for implementering af ultrabredbånds analoge processorer i mikrobølgeområdet ved hjælp af metoder og midler til radiofotonik. A.V. Gamilovskaya, A.A. Belousov, E.V. Tikhonov, A.A. Dubrovskaya, Yu.N. Volkhin.// Elektronisk udstyr. Serie 2: Halvledere. nr. 5 (239). s. 4-11. 2015 // .

Radar. AFAR

  1. Mod implementering af radiofotonikteknologier i AFAR-radarsystemer. M.B. Mityashev. // Bulletin af SibGUTI. nr. 2. 2015 // .
  2. Konceptet med at bygge en radarstation baseret på elementer fra radiofotonik. A.V. Shumov, S.I. Nefedov, A.R. Bikmetov. // Videnskab og uddannelse. MSTU im. N.E. Bauman. Elektron. magasin nr. 05, s. 41–65. 2016 // .
  3. Om udsigterne for brugen af ​​metoder og midler til mikrobølgefotonik i ultrabredbåndsradar og ultrabredbåndsradiokommunikation. Yu.N. Volkhin, A.M. Mandrik, Yu.I. Nosov. // Videnskabeligt seminar "Moderne problemer inden for radiofysik og radioteknik". 27. november 2010 // Download arkivet med præsentationen og udskriften af ​​rapporten.

Radiofotoniske stier og analog FOCL mikrobølge

  1. Analog FOCL mikroovn med positive transmissionskoefficienter. Yu.N. Volkhin, T.A. Gomzikova. // IV All-russisk videnskabelig og teknisk konference "Erfaringsudveksling inden for oprettelse af ultrabredbånds radioelektroniske systemer" (SHF-2012). 2012 // Download arkivet med præsentationen og udskriften af ​​rapporten.
  2. Om muligheden for at implementere ultra-bredbånd analoge radio-fotoniske stier i mikrobølgeområdet med positive transmissionskoefficienter. Yu.N. Volkhin, A.V. Gamilovskaya. // XVIII koordinering af videnskabeligt og teknisk seminar om mikrobølgeteknologi: materialer. Nizhny Novgorod-regionen, s. Khakhaly. 2013 // .
  3. Analog FOCL mikroovn med positive transmissionskoefficienter. Yu.N. Volkhin, A.V. Gamilovskaya. // XXXX Videnskabeligt seminar "Moderne problemer inden for radiofysik og radioteknik" 27.04.2013 // Download arkivet med præsentationen og udskriften af ​​rapporten.
  4. Ultra-bredbånd multifunktionel radio-fotonisk modtagesti til analog signalbehandling af decimeter, centimeter og millimeter bølgelængdeområder. A.A. Belousov, Yu.N. Volkhin, A.V. Gamilovskaya, A.A. Dubrovskaya, E.V. Tikhono. // All-russisk konference "Elektronik og mikroelektronik mikrobølge" 2015 // .
  5. Radiofotonmodtagende kanal i mikrobølgeområdet med optisk heterodyning. S.F. Boev, V.V. Valuev, V.V. Kulagin, V.A. Cherepenin. // Journal of Radioelectronics nr. 2, 2015 // .

Fiberriste

  1. Fibergitre af brydningsindekset og deres anvendelse. S.A. Vasiliev, O.I. Medvedkov, A.S. Bozhkov. // Quantum Electronics, 35, nr. 12. 2005 // .

forsinkelseslinjer

  1. Fiberoptiske forsinkelseslinjer. V.A. Kuznetsov, V.N. Tsukanov, M.Ya. Yakovlev. // ????????. ???? G. //.

Optiske bølgeledere

  1. Plane og fiberoptiske bølgeledere. HG Unger. // Moskva. FRED. 1980 // .
  2. Specielle fiberlysledere. Tutorial. D.B. Shumkov. // Permian. PNRPU. 2011 // .
  3. Teori om optiske bølgeledere. A. Snyder, J. Love. // Moskva. Radio og kommunikation. 1987 // .
  4. Introduktion til teorien om optiske bølgeledere. M. Adams. // Moskva. FRED. 1984 // .
  5. Bølgelederfotonik. Tutorial. N.V. Nikonorov, S.M. Shandarov. // Sankt Petersborg. ITMO. 2008 // .
  6. Bølgeleder transmissionslinjer. Dvs. Efimov, G.A. Shermina. // Moskva. Forbindelse. 1979 // .
  7. Optiske solitoner. Fra lysledere til fotoniske krystaller. Yu.S. Kivshar, G.P. Agrawal. // Moskva. FizMatLit. 2005 // .

V. Modellering og beregning af parametre for foton- og radiofotonsystemer.

Modellering. Numeriske metoder. CAD.

  1. Beregningsfotonik. E.D. Ka. // ????????, ???? G. //.
  2. Numerisk simulering af en elektro-optisk modulator baseret på en Fabry-Perot mikroresonator til en optisk mikrobølgemodtager. A.K. Aharonyan, O.V. Bagdasaryan, T.M. Knyazyan. // Izv. NAS RA og SEUA. Ser. TN., bind LXIV, nr. 3. 2011 // .

VI. Måling af parametre for fotoniske og radiofotoniske systemer

Mål. Metrologi

  1. Målemetoder i fiberoptik. Tutorial. A.I. Tsaplin, M.E. Likhachev. // Permian. PNRPU. 2011 // .
  2. Reflektometri af optiske fibre. A.V. Listvin, V.N. Listvin. // Moskva. LESARart. 2005 // .

VII. Grundlæggende om fotonik, optoelektronik, fiber og integreret optik, fiberteknologi, digital fiberoptisk kommunikation og transmissionslinjer (FOCL, FOCL)

Fotonik og nanofotonik

  1. Nanofotonik og dens anvendelser. D.F. Zaitsev. // Moskva. Actaeon. 2011 // .
  2. Elementer af fotonik. Bind I. I frit rum og særlige medier. Keigo Iizuka. // John Wiley & Sons Inc. 2002 // .
  3. Grundlæggende om fotonik. Bahaa E.A. Saleh, Malvin carl Teichh. // John Wiley & Sons Inc. 1991 // .

Optoelektronik

  1. Optoelektronik. E.D. Karikh. // Minsk. BGU. 2002 // .
  2. Optoelektronik i spørgsmål og svar. S. Gonda, D. Seco. // Leningrad. Energoatomizdat. 1989 // .

Fiber og integreret optik

  1. Fiberoptik: fyrre år senere. SPISE. Dianov. // Quantum Electronics, 40, nr. 1. 2010 // .
  2. Introduktion til fiberoptisk system. anden udgave. John Powers. // McGraw - Hill. 1996 // .
  3. Ikke-lineær fiberoptik. G. Agrawal. // Moskva. FRED. 1996 // .
  4. Fiberoptik teknisk vejledning. 2. udgave. Donald J. Sterling. 1998 // Moskva. Lori. 1998 // .
  5. Materialer og teknologier af integreret og fiberoptik. Tutorial. A.I. Ignatiev, S.S. Kiselev, N.V. Nikanorov, A.I. Sidorov, A.S. Rohman. //
  6. Materialer og teknologier af integreret optik. Tutorial. N.V. Nikanorov, A.I. Sidorov. // Sankt Petersborg. ITMO. 2009 // .
  7. Optik og lasere, herunder fiberoptik og optiske bølgeledere. Matt Young. // Moskva. FRED. 2005 // .

Fiberteknologi og digitale fiberoptiske kommunikations- og transmissionslinjer (FOCL, FOCL)

  1. Fiberoptisk teknologi: nuværende tilstand og udsigter. 2. udgave. Ed. S.A. Dmitrieva, N.N. Slepova. // Moskva. Fiberoptisk teknologi. 2005 // .
  2. Fiberoptisk teknologi. Praktisk guide. V.N. Tsukanov, M.Ya. Yakovlev. // Moskva. Infrateknik. 2014 // .

VIII. Grundlæggende om elektronik og halvlederkredsløb

  1. Lommeguide til elektronik. M. Tooley. // Moskva. Energoatomizdat. 1993 // .
  2. Kredsløbskunsten. 4. udg. P. Horowitz, W. Hill. // Moskva. FRED. 1993 // .
  3. Halvlederkredsløb. 12. udg. W. Tietze, K. Schenk. // Moskva. DMK. 2008 // .

Den internationale industriudstilling "Innoprom-2015" blev afholdt i Jekaterinburg. I år dækkede plenarmøder og møder, internationale konferencer og ekspertpaneler en bred vifte af emner og problemstillinger. Dusinvis af specifikke aftaler og større kontrakter er resultatet af denne meddelelse.

Fremtiden tilhører fotonik. En af de mest produktive var diskussionen ved rundbordsbordet "Fotonik - drivkraften bag den innovative udvikling af industrien", som diskuterede udviklingen af ​​fotonik i Rusland, udsigterne for dens anvendelse i videnskab og industri. Partnerne til arrangementet var brancheledere: Shvabe, Laser Center og Skolkovo. Udtrykket "fotonik", dannet i analogi med ordet "elektronik", dukkede op for ikke så længe siden, for 5-7 år siden. Rusland indtager en prioriteret plads i verden inden for fotonik. Fremragende videnskabsmænd i vores land stod ved oprindelsen af ​​denne retning: Akademikere Nikolai Basov, Alexander Prokhorov, Nikolai Vavilov. Den førende position på fotonikmarkedet er nu besat af Valentin Pavlovich Gapontsevs skole. IPG Photonics, som han leder, laver 40 procent af verdens fiberlasere.

"I Rusland har vi hundredvis af virksomheder og organisationer involveret i fotonik. De udfører videnskabelig forskning og udgiver videnskabelige artikler, producerer produkter, der kan bestilles og købes, og træner specialiseret personale,” siger Ivan Kovsh, præsident for Laser Association of Russia. - Det omfatter akademiske og brancheinstitutter, universiteter, virksomheder, designbureauer, men generelt er vores område små virksomheder. Omkring 350 små virksomheder producerer 70 procent af al civil fotonik i Rusland, omkring to tusinde modeller er optiske elementer, en slags strålingskilder og andre typer produkter."

En af de væsentlige opgaver for industrien er ikke kun skabelsen, men også fremme af teknologi i praksis, og et meget stærkt værktøj til dette er de regionale branchekompetencecentre. Nu bliver de brugt over hele verden, og sådan en erfaring har vi også i vores land. Eksempelvis er der i løbet af de seneste ti år blevet etableret fem russisk-tyske centre i Rusland under den russisk-tyske aftale om videnskabeligt og teknisk samarbejde inden for lasere og optiske teknologier. Tyskerne leverede det nyeste udstyr, centrene opererer i fem byer, de er små, 5-8 personer hver. I ti år gik 1,5 tusinde virksomheder igennem dem. Og hver tredje af dem er i dag blevet en bruger af laserteknologier i materialebearbejdning.

Hvad er de vigtigste tendenser på det globale marked i dag? Den vigtigste er den hurtige stigning i antallet af fotonikteknologier og -teknikker, der har en rent økonomisk anvendelse. En stigning i produktionen af ​​fotonikprodukter i de områder, hvor det allerede er aktivt brugt, hvilket er forbundet både med udvikling af teknologier og med udvikling af nye materialer og udstyr. De vigtigste udviklingsretninger i dag er produktionsteknologier, da avancerede lande er gået ind på genindustrialiseringens vej og aktivt efterspørger nye teknologier. Hvordan laserfotoniske teknologier påvirker innovation kan bedømmes ud fra dette eksempel. I dag, i mikroelektronik, er det vigtigste problem reduktionen af ​​elementet - chippen. Den bedste størrelse hidtil er 20 nanometer. Det er umuligt at gøre dette uden fotonik. Denne proces bruger litografi, enten kortbølge eller ion. Så $1 million brugt på litografi giver dig mulighed for at producere $100 millioner chips. Disse chips, som ikke kan laves på anden måde end med lasere, kan bruges til 1,5 milliarder dollars af slutprodukter: computere, digitale kameraer, telefoner og så videre. Her er udsigterne for brugen af ​​fotonik: investeret 1 million dollars - modtog 1,5 milliarder som resultat!

Eller for eksempel et så brændende emne som "fotonik og medicin". I dag ældes verdens befolkning hurtigt, og mange nye sygdomme dukker op. Sundhedsproblemer kommer i forgrunden. For eksempel bruger USA 1 billion 800 milliarder dollars om året på folkesundhed, Tyskland – 225 milliarder euro. Det er enorme tal. Ifølge japanske eksperter reducerer introduktionen af ​​fotonikteknologier i diagnostik og behandling alene sundhedsomkostningerne med 20 procent. Det er omkring 400 milliarder dollars om året.

Et andet aspekt er belysningsteknologi, mere præcist belysning med LED'er. 15 procent af verdens elproduktion i dag bruges på belysning. Dette tal vil sandsynligvis fordobles i løbet af de næste 20 år på grund af den hurtige urbanisering af Asien, som er forbundet med enorme omkostninger og forurening, fordi affaldet, der genereres ved energiproduktion, er enormt. Den eneste udvej er at bruge lysdioder med høj effektivitet. Dette vil reducere strømforbruget med det halve. Som du ved, blev skaberne af LED tildelt Nobelprisen.

Interessant nok er der i de senere år sket en kraftig stigning i Kinas rolle i udviklingen af ​​fotonik. Han gjorde denne retning til en af ​​prioriteterne for statspolitikken inden for videnskab og teknologi. Kina udvikler fotonik med en hastighed på 25 procent om året, og 5.000 virksomheder i denne industri er blevet etableret på 15 år. Og i dag producerer kineserne mere fotonik end hele EU. USA, Kina og EU bruger meget aktivt statslig indflydelse på udviklingen af ​​fotonik.

Læs den fulde version af artiklen i det nye nummer af tidsskriftet "Rare Earths".

Den Russiske Føderations kommunikationsministerium

Statens højere læreanstalt

erhvervsuddannelse

Volga State University of Telecommunications

kationer og informatik»

Glushchenko A.G., Zhukov S.V.

_________________________________

Grundlæggende om fotonik. Forelæsningsnotater. - Samara.: GOUVPO

PGUTI, 2009. - 100 s.

Institut for Fysik

(Abstrakt af disciplinen).

A.G. Glushchenko, S.V. Zhukov

FOREDRAGNOTER

FOR AKADEMISK DISCIPLINE

Anmelder:

Petrov P.P. – Teknisk videnskabskandidat, lektor, lektor ved instituttet “………..

GRUNDLÆGGENDE OM FOTONIK

» GOUVPO PSUTI

I retning af forberedelse: Fotonik og optoinformatik ()

Samara - 2009

Navn

afsnit af disciplinen

kilder til kontinuerlig

varmekilder, gas

og linje spec-

udladningslamper, LED

odes, laser gnist;

hovedtyper af lasere

(faststof, gas,

ionisk, halvleder

dig, kontinuerlig og im-

kilder til drivkraft

pulserende, med omstrukturering

Røntgenstråling

strålingsfrekvens og varighed

impulser), ge-

harmoniske generatorer, WRC og

SMBS konvertere,

spektralgeneratorer

superkontinuum;

fotokatoder og fotomultiplikatorer, semi-

strålingsmodtagere

leder modtagere,

lysfølsomme måtter

ribben, mikrobolometre;

elektro-optisk og aku-

stooptisk lys

styreenheder

ventiler, væske

karakterisering

krystallinsk og semi-

sammenhængende pinde

leder transpa-

bjælker:

welts, enheder baseret på

har fotorefraktive medier,

Faraday isolatorer;

elektronstråle og,

flydende krystal

displayenheder

displays, laserprojektorer

Information:

systemer, holo-

grafiske displays, si-

volumendannelsessystemer

Navn

afsnit af disciplinen

et lille billede;

principper for at skabe mikro-

elektromekanisk

mikroelektro-

apparater og fotolitografi

fia, optisk mikro

fine enheder

elektromekaniske elementer

politi, anvendelse af mikro

elektromekanisk

enheder;

fiberkomponenter

styreenheder

optiske linjer, modul -

tori, multipleksere og

leniya lys i op-

demultipleksere, isolering

tic hår

tori, stik,

hestelysguider:

fokuserende chauffører

elementer;

plan dielektrikum

styreenheder

bølgeledere, ikke-lineære

transducere

leniya lys i in-

aflæsninger, kanalbølge-

integreret optik:

dy, input-output elementer

stråling;

optiske kredsløb, opti-

styreenheder

chesky transistor, mikro-

skinner lys på

chip, optiske grænser

baseret på fotonisk

læsere, foton-

krystaller:

krystallinske fibre

Introduktion

Fotonik er en videnskab, der studerer forskellige former for stråling, der skabes af lyspartikler, det vil sige fotoner.

Definitioner af begrebet

Interessant nok er der ingen almindeligt accepteret definition af begrebet "Photonics".

Fotonik er videnskaben om generering, kontrol og detektion af fotoner, især i det synlige og nær infrarøde spektrum, samt deres udbredelse i ultraviolet (bølgelængde 10-380 nm), langbølget infrarødt (bølgelængde 15-150 mikron) og ultra-infrarød del af spektret (for eksempel svarer 2-4 THz til en bølgelængde på 75-150 μm), hvor kvantekaskadelasere aktivt udvikler sig i dag.

Fotonik kan også karakteriseres som et felt inden for fysik og teknologi relateret til emission, detektion, adfærd, konsekvenser af eksistensen og ødelæggelsen af ​​fotoner. Det betyder, at fotonik beskæftiger sig med styring og transformation af optiske signaler og har et bredt anvendelsesområde: fra at overføre information gennem optiske fibre til at skabe nye sensorer, der modulerer lyssignaler i overensstemmelse med de mindste ændringer i miljøet.

Nogle kilder bemærker, at udtrykket "optik" gradvist erstattes af et nyt generaliseret navn - "fotonik".

Fotonik dækker en bred vifte af optiske, elektro-optiske og optoelektroniske enheder og deres forskellige anvendelser. Primære forskningsområder inden for fotonik omfatter fiber og integreret optik, herunder ikke-lineær optik, fysik og teknologi af halvlederforbindelser, halvlederlasere, optoelektroniske enheder, højhastigheds elektroniske enheder.

Tværfaglige retninger

På grund af den høje globale videnskabelige og tekniske aktivitet og den enorme efterspørgsel efter nye resultater

Inden for fotonik opstår nye og nye tværfaglige områder:

Mikrobølgefotonik studerer interaktionen mellem et optisk signal og et højfrekvent (større end 1 GHz) elektrisk signal. Dette område omfatter det grundlæggende i optisk mikrobølgeinteraktion, driften af ​​fotoniske enheder i mikrobølger, fotonisk kontrol af mikrobølgeenheder, højfrekvente transmissionslinjer og brugen af ​​fotonik til at udføre forskellige funktioner i mikrobølgekredsløb.

Computerfotonik kombinerer moderne fysisk og kvanteoptik, matematik og computerteknologier og er på det aktive udviklingsstadium, hvor det bliver muligt at implementere nye ideer, metoder og teknologier.

Optoinformatik er et videnskabs- og teknologiområde relateret til forskning, skabelse og drift af nye materialer, teknologier og enheder til transmission, modtagelse, behandling, lagring og visning af information baseret på optiske teknologier.

Forholdet mellem fotonik og andre videnskabsområder

Klassisk optik. Fotonik er tæt forbundet med optik. Optik gik dog forud for opdagelsen af ​​lyskvantisering (da den fotoelektriske effekt blev forklaret af Albert Einstein i 1905). Optikkens instrumenter - en refraktiv linse, et reflekterende spejl og forskellige optiske enheder, der var kendt længe før 1900. Samtidig er nøgleprincipperne for klassisk optik, såsom Huygens-reglen, Maxwells ligninger, og justeringen af ​​en lysbølge, er ikke afhængige af lysets kvanteegenskaber og bruges i både optik og fotonik.

Moderne optik Udtrykket "Fotonik" i dette felt er nogenlunde synonymt med udtrykkene "kvanteoptik", "kvanteelektronik", "elektro-optik" og "optoelektronik". Hvert udtryk bruges dog af forskellige videnskabelige samfund med forskellige yderligere betydninger: for eksempel betegner udtrykket "kvanteoptik" ofte grundforskning, mens udtrykket "fotonik" ofte betegner anvendt forskning.

Udtrykket "Photonics" inden for moderne optik betyder oftest:

Lysets særlige egenskaber Mulighed for at skabe fotoniske behandlingsteknologier

signaler Analogi med begrebet "elektronik".

Fotonikens historie

Fotonik som et videnskabsområde begyndte i 1960 med opfindelsen af ​​laseren, og også med opfindelsen af ​​laserdioden i 1970'erne, efterfulgt af udviklingen af ​​fiberoptiske kommunikationssystemer som et middel til at transmittere information ved hjælp af lysmetoder. Disse opfindelser dannede grundlaget for telekommunikationsrevolutionen i slutningen af ​​det 20. århundrede og var med til at sætte skub i udviklingen af ​​internettet.

Historisk set er begyndelsen på brugen af ​​udtrykket "fotonik" i det videnskabelige samfund forbundet med udgivelsen i 1967 af bogen "Photonics of dye molecules" af akademiker A. N. Terenin. Tre år tidligere, på hans initiativ, blev Institut for Biomolekylær og Fotonfysik etableret ved Det Fysiske Fakultet ved Leningrad State University, som siden 1970 er blevet kaldt Institut for Fotonik.

A. N. Terenin definerede fotonik som "et sæt af indbyrdes forbundne fotofysiske og fotokemiske processer." I verdensvidenskaben er en senere og bredere definition af fotonik blevet udbredt, som en gren af ​​videnskaben, der studerer systemer, hvor fotoner er informationsbærere. I denne forstand blev udtrykket "fotonik" først nævnt på den 9. internationale kongres om højhastighedsfotografering.

Udtrykket "Photonics" begyndte at blive meget brugt i 1980'erne i forbindelse med den udbredte brug af fiberoptisk transmission af elektroniske data fra telekommunikationsnetværksudbydere (selvom fiberoptik blev brugt i snæver brug tidligere). Brugen af ​​udtrykket blev bekræftet, da IEEE-fællesskabet oprettede en arkivrapport

fra titlen "Photonics Technology Letters" til sidst 1980'erne

I I denne periode indtil omkring 2001 var fotonik som videnskabsområde stort set fokuseret på telekommunikation. Siden 2001 har udtrykket

"Photonics" dækker også et stort område inden for videnskab og teknologi, herunder:

laserproduktion, biologisk og kemisk forskning, medicinsk diagnostik og terapi, display- og projektionsteknologi, optisk databehandling.

Optoinformatik

Optoinformatik er et felt inden for fotonik, hvor der skabes nye teknologier til transmission, modtagelse, behandling, lagring og visning af information baseret på fotoner. I bund og grund er det moderne internet utænkeligt uden optoinformatik.

Lovende eksempler på optoinformatiksystemer omfatter:

Optiske telekommunikationssystemer med dataoverførselshastigheder på op til 40 terabit pr. sekund over én kanal;

optiske holografiske lagerenheder med ultra-stor kapacitet op til 1,5 terabyte pr. disk i standardstørrelser;

multiprocessorcomputere med optisk interprocessorkommunikation;

en optisk computer, hvor lyset styrer lyset. Den maksimale klokfrekvens for en sådan computer kan være 1012-1014 Hz, hvilket er 3-5 størrelsesordener højere end eksisterende elektroniske modstykker;

fotoniske krystaller er nye kunstige krystaller med gigantisk spredning og rekordlavt optisk tab (0,001 dB/km).

Forelæsning 1 Emne 1. Fotonikens historie. Problem-

vi er elektroniske computere.

Afsnit 1.1. Fotonikens historie.

Brugen af ​​lys til at overføre information har en lang historie. Sømænd har brugt signallamper til at overføre information ved hjælp af morsekode, og beacons har advaret søfolk om farer i århundreder.

Claude Chapp byggede en optisk telegraf i Frankrig i 1890'erne. Signalmænd var placeret på tårne ​​placeret fra Paris til Lille langs en kæde på 230 km. Beskeder blev overført fra den ene ende til den anden på 15 minutter. I USA forbandt en optisk telegraf Boston til Martha Vineyard Island, der ligger nær den by. Alle disse systemer blev til sidst erstattet af elektriske telegrafer.

Den engelske fysiker John Tyndall demonstrerede i 1870 muligheden for at kontrollere lys baseret på indre refleksioner. På et møde i Royal Society blev det vist, at lys, der forplanter sig i en strøm af renset vand, kan gå rundt om ethvert hjørne. I eksperimentet flød vand over den vandrette bund af en sliske og faldt langs en parabolsk bane ned i en anden sliske. Lyset kom ind i vandstrømmen gennem et gennemsigtigt vindue i bunden af ​​det første trug. Når Tyndall rettede lyset tangentielt til strålen, kunne publikum observere zigzag-udbredelsen af ​​lys inden for den buede del af strålen. En lignende zigzag-fordeling

Lysomdannelsen sker også i en optisk fiber.

Et årti senere patenterede Alexander Graham Bell en fotofon (fig.), hvori en retningsbestemt

Ved hjælp af et system af linser og spejle blev lyset rettet mod et fladt spejl monteret på et horn. Under påvirkning af lyd svingede spejlet, hvilket førte til moduleringen af ​​det reflekterede lys. Den modtagende enhed brugte en selen-baseret detektor, hvis elektriske modstand varierer afhængigt af intensiteten af ​​det indfaldende lys. Stemmemoduleret sollys, der faldt på en prøve af selen, ændrede styrken af ​​strømmen, der strømmede gennem kredsløbet på den modtagende enhed og gengav stemmen. Denne enhed gjorde det muligt at transmittere et stemmesignal over en afstand på mere end 200 m.

I I begyndelsen af ​​det 20. århundrede blev der udført teoretiske og eksperimentelle undersøgelser af dielektriske bølgeledere, herunder fleksible glasstænger.

I 1950'erne blev fibre designet til billedtransmission udviklet af Brian O'Brien, der arbejdede hos American Optical Company, og Narinder Kapani og kolleger ved Imperial College of Science and Technology i London. Disse fibre fandt anvendelse i lysledere, der blev brugt i medicin til visuel observation af menneskelige indre organer Dr. Kapani var den første til at udvikle glasfibre i en glaskappe og opfandt udtrykket "fiberoptik" i 1956. I 1973 grundlagde Dr. Kapani Kaptron, et firma med speciale i fiberoptiske splittere og skifter.

I I 1957 formulerede Gordon Gold, en kandidat fra Columbia University, principperne for laseren som en intens lyskilde. Det teoretiske arbejde af Charles Townes med Arthur Shavlov ved Bell Laboratories hjalp med at popularisere ideen om laseren i det videnskabelige samfund og forårsagede en hurtig bølge af eksperimentel forskning med det formål at skabe en fungerende laser. I 1960 skabte Theodor Mayman verdens første rubinlaser på Hughes Laboratories. Samme år demonstrerede Townes værket helium-neon laser. I 1962 blev lasergenerering opnået på en halvlederkrystal. Denne type laser bruges i fiberoptik. Meget forsinket, først i 1988, lykkedes det Gold at få fire

nye patenter baseret på resultaterne af arbejde udført af ham i 50'erne

Den amerikanske flåde har implementeret fiber

år og viet til princippet om laserdrift.

optisk linje ombord på Little Rock-skibet i 1973. I

Brugen af ​​laserstråling som informationsbærer

1976 som en del af Air Force ALOFT-programmet

tionen blev ikke tilsidesat af kommunikationsspecialister

erstattet A-7 flyets kabeludstyr med fiber

nicationer. Laserstrålingens muligheder for transmission af information

optisk. Samtidig er kabelsystemet på 302 kobberkabler

formationer er 10.000 gange højere end radiofrekvensens muligheder

lei, som havde en samlet længde på 1260 m og vejede 40

stråling. På trods af dette er laserstråling ikke fuldstændig

kg, blev erstattet af 12 fibre med en samlet længde på 76 m og en vægt på 1,7

velegnet til udendørs signaltransmission. At arbejde

kg. Militæret var også det første til at introducere fiber

denne slags linjer er væsentligt påvirket af tåge, smog og regn,

optisk linje. I 1977 blev et 2 km system lanceret med

samt atmosfærens tilstand. Laserstrålen er meget

informationsoverførselshastighed på 20 Mb/s (megabit pr. sekund -

det er lettere at overvinde afstanden mellem Jorden og Månen end mellem

du), der forbandt jordsatellitstationen med centrum

du modsatte grænser af Manhattan. På denne måde

ledelse.

Oprindeligt var laseren en kommunikation

I 1977 etablerede AT&T og GTE kommerciel

en lyskilde, der ikke har et passende transmissionsmedium.

cal telefonsystemer baseret på optisk fiber.

I 1966, Charles Kao og Charles Hockham, der arbejdede i

Disse systemer har i deres egenskaber overgået de betragtede

engelsk laboratorium for telekommunikationsstandarder,

tidligere urokkelige præstationsstandarder, som

lo til deres hurtige spredning i slutningen af ​​70'erne og begyndelsen af ​​80'erne

bruge som transmissionsmedie, når der opnås gennemsigtighed,

flere år. I 1980 annoncerede AT&T et ambitiøst hår-

giver dæmpning (bestemmer transmissionstab

hesteoptisk system, der forbinder Boston og

signal) mindre end 20 dB/km (decibel pr. kilometer). De kom til

Richmond. Gennemførelsen af ​​projektet har personligt demonstreret

konklusionen, at det høje niveau af dæmpning, der ligger i den første

vækstkvaliteter af den nye teknologi i seriel højhastighed

loknam (ca. 1000 dB/km), forbundet med dem, der er til stede i glasset

systemer, og ikke kun i eksperimentelle opsætninger. Ved-

urenheder. Der blev også angivet en måde at skabe passende for dem

herefter stod det klart, at der i fremtiden skulle satses på

fiberkommunikation forbundet med et fald i niveauet

hesteoptisk teknologi, som viste mulighed for

urenheder i glas.

stenet praktisk anvendelse.

I 1970 kom Robert Maurer og hans kolleger fra

Efterhånden som teknologien udvikler sig, udvider den sig lige så hurtigt

Corning Glass Works modtog den første dæmpningsfiber

elg og styrket produktion. Allerede i 1983 blev en single

det er 20 dB/km. I 1972, under laboratorieforhold,

modalt fiberoptisk kabel, men dets praktiske brug

et niveau på 4 dB/km, hvilket svarede til Kao-kriteriet og

brug var forbundet med mange problemer, så videre

Hockham. På nuværende tidspunkt har de bedste fibre et niveau

i mange år skal du bruge sådanne kabler fuldt ud

tab på 0,2 dB/km.

kun lykkedes i nogle specialiserede udviklinger.

Ikke mindre betydelig succes er opnået inden for semi-

I 1985, de vigtigste organisationer for transmission af data på

lederkilder og detektorer, konnektorer, tekno-

lange afstande, AT&T og MO, ikke kun implementere-

transmissionsteori, kommunikationsteori og andet relateret

om single-mode optiske systemer, men også godkendt dem som

krølleoptiske områder. Alt dette sammen med en kæmpe interesse

standard for fremtidige projekter.

til at bruge de åbenlyse fordele ved fiberop-

Selvom computerindustrien, teknologi

tics forårsaget i midten og slutningen af ​​70'erne betydelige

computernetværk og produktionsstyring er ikke sådan

fremskridt hen imod skabelsen af ​​fiberoptiske systemer.

hurtigt, ligesom militæret og teleselskaber, tog

Men på disse områder blev der også udført eksperimentelt arbejde med at forske og introducere ny teknologi. Fremkomsten af ​​informationsalderen og det deraf følgende behov for mere effektive telekommunikationssystemer ansporede kun til den videre udvikling af fiberoptisk teknologi. I dag er denne teknologi meget brugt uden for telekommunikationsområdet.

For eksempel annoncerede IBM, der er førende inden for computerproduktion, i 1990 udgivelsen af ​​en ny højhastighedscomputer, der bruger en linkcontroller til kommunikation med eksterne disk- og tapedrev baseret på fiberoptik. Dette var den første brug af fiberoptik i kommercielt udstyr. Introduktionen af ​​en fibercontroller, kaldet ESCON, gjorde det muligt at overføre information ved højere hastigheder og over lange afstande. Den tidligere kobbercontroller havde en datahastighed på 4,5 Mbps med en maksimal linjelængde på 400 fod. Den nye controller kører med 10 Mbps over en afstand på flere miles.

I 1990 demonstrerede Lynn Mollinar evnen til at transmittere et signal uden regenerering med en hastighed på 2,5 Gb/s over en afstand på omkring 7500 km. Typisk skal et fiberoptisk signal forstærkes og omformes med jævne mellemrum, cirka hver 25. km. Under transmissionen mister det fiberoptiske signal strøm og forvrænges. I Mollinar-systemet fungerede laseren i soliton-regimet, og en selvforstærkende fiber med erbium-additiver blev brugt. Soliton-impulser (meget smalt område) spredes ikke og bevarer deres oprindelige form, når de forplanter sig gennem fiberen. Samtidig opnåede det japanske firma Nippon Telephone & Telegraph en hastighed på 20 Gb/s, dog over en væsentlig kortere distance. Værdien af ​​soliton-teknologien ligger i den grundlæggende mulighed for at lægge et fiberoptisk telefonsystem langs bunden af ​​Stillehavet eller Atlanterhavet, hvilket ikke kræver installation af mellemforstærkere. Dog siden

Siden 1992 forbliver soliton-teknologien på niveau med laboratoriedemonstrationer og har endnu ikke fundet kommerciel anvendelse.

Informationsalder De fire processer involveret i at manipulere information

dannelse, baseret på brug af elektronik: 1.Sbrr

2. Opbevaring

3. Bearbejdning og analyse

4. Overførsel

For at implementere disse processer bruges ret moderne udstyr: computere, elektroniske kontorer, forgrenede telefonnetværk, satellitter, fjernsyn osv. Når du ser dig omkring, kan du finde en masse beviser på begyndelsen af ​​en ny æra. Den årlige vækst i tjenester i informationsindustrien er nu omkring 15 %.

Følgende er fakta om vigtigheden

Og perspektiver for elektronik i det moderne liv.

I USA i 1988 var der 165 millioner telefonapparater, mens der var i I 1950 var der kun 39 mio. Derudover er de tjenester, som telefonselskaberne tilbyder, blevet meget mere forskelligartede.

Fra 1950 til 1981 steg telefonsystemets ledninger fra 147 millioner miles til 1,1 mia.

I I 1990 var den samlede længde af optiske fibre i amerikanske telefonsystemer omkring 5 millioner miles. I år 2000 vil den stige til 15 millioner miles. Samtidig svarer hver fibers muligheder til flere kobberkablers muligheder.

I I 1989 blev omkring 10 millioner personlige computere solgt i USA. Tilbage i 1976 var der ingen personlige computere overhovedet. Nu er det et fælles element i udstyret til enhver kontor- og industriel produktion.

I I øjeblikket i USA er tusindvis af computerdatabaser tilgængelige via en personlig computer og et konventionelt telefonnetværk.

Faxmeddelelser (faxer) begyndte at dominere i erhvervskorrespondancen.

Første fiberoptiske telefonsystem

Telekommunikation og computere

kabel, installeret i 1977, tillod transmission af information

Indtil for nylig var der en klar afgrænsning

dannelse med en hastighed på 44,7 Mb/s og forhandle

mellem det, der var en del af telefonsystemet og

samtidigt på 672 kanaler. I dag er Sonet-systemet

med hensyn til computersystemet. For eksempel tele-

standardsystem i optisk telefoni, tillader

baggrundsvirksomheder blev forbudt at deltage i computermarkedet

overføre information med en maksimal hastighed på 10 Gb/s,

torneteknologi. I dag er forbuddet formelt gældende,

hvilket er cirka 200 gange større end den første opti-

men dens virkning er væsentligt svækket. Computere

kækt system. Præstation og standardisering forventes

kan nu overføre data over telefonlinjer, og de

væsentligt højere hastigheder, som endnu ikke er tilgængelige

baseret på moderne elektroniske komponenter.

computer) signal før transmission. telefon og kom-

Alle ovenstående eksempler har

Computervirksomheder konkurrerer i stigende grad på it-markedet.

informationskilder og midler til deres forening. Under information

rationsteknologier.

tion kan her forstås som indholdet af en telefonsamtale

Årsagerne til lempelsen af ​​dette forbud er

tyv med en ven, og ethvert projekt. Midler til transmission af information

klar. Udviklingen af ​​elektronisk teknologi indebærer en afslutning

overførsler fra et sted til et andet er vigtige i forhold til at have

samspillet mellem dens forskellige retninger. Forskel mellem

fuld mængde information overalt i landet. i kvalitet-

computer- og telefonteknologien svækket endnu mere i

Et eksempel på transmission af information kan gives som et fjernsyn

1982 efter sammenbruddet af AT&T, det største selskab

baggrundssamtale med en abonnent i den anden ende

dele på globalt plan. Informationsnetværket er ved at blive

lande, og samtalen mellem nabokontorer, adskilt af

enkelt system. Det er nu stadig sværere at afgøre til hvad

ved et par døre. Telefonselskaber bruger i stigende grad

del af nettet er ansvarlig for telefonselskaber, hvilken del af nettet

bruge de samme digitale teknologier som til transmission

tilhører computerfirmaer, og hvilken er i

boligejers ejendom.

naturligvis, men ud fra et synspunkt om digitale teknologier til overførsel af information

Udviklingen af ​​kabelnettet i USA, sammen med inklusion

overførsel af computerdata til de leverede tjenester

telefonselskaber er det bedste bevis

digitale impulser eller tal, hvis form svarer nøjagtigt

fordele forbundet med fremkomsten af ​​informationsalderen.

svarer til computerdata. Denne form for transformation

Tidligere leverede telefonselskaber tovejskommunikation

lydsignal til digitalt tillade telefonselskaber at

mellem abonnenter, kaldet POTS (Plain Old Telephone Ser-

pits med mindre forvrængning for at overføre samtalen. I de fleste-

laster - almindelige gamle telefontjenester). På nuværende tidspunkt

I de nye telefonsystemer er det digitalt

mange andre tjenester dukkede op, såsom automatisk

teknologi. I 1984 var omkring 34 % af centraltelefonerne

sky dialer, telefonsvarer mv. (disse tjenester kaldes PANS

stationer brugte digitalt transmissionsudstyr. TIL

Temmelig fantastiske nye tjenester - simpelthen fantastisk nyt

I 1994 steg dette tal til 82%. fiberoptik

tjenester). Telefonselskaber har som mål at skabe integration

yderst praktisk til digital telekommunikation. Ved-

rovannyh digitale netværk (Integrated Services Digital Network,

højere krav til effektivitet, pålidelighed, hastighed og

ISDN), beregnet til transmission over telefonnetværket af go-

effektiviteten af ​​datatransmission sikres af karakteristikken

tale, data og video. Denne form for netværk er

kami fiberoptiske systemer.

gøre det muligt at overføre enhver form for information hvor

hvor som helst og når som helst.

Fiberoptisk alternativ

Det WAN, der diskuteres i dette kapitel, kræver et effektivt medium til transmission af information. Traditionelle teknologier baseret på brugen af ​​kobberkabel eller mikrobølgetransmission har ulemper og er væsentligt ringere i ydeevne i forhold til fiberoptik. For eksempel er kobberkabler kendetegnet ved en begrænset informationsoverførselshastighed og er udsat for påvirkning af eksterne felter. Mikrobølgetransmission, selvom det kan give en ret høj dataoverførselshastighed, kræver brug af dyrt udstyr og er begrænset til synslinjen. Fiberoptik tillader information at blive transmitteret ved væsentligt højere hastigheder end kobberkabler og har en meget mere overkommelig pris og færre begrænsninger end mikrobølgeteknologi. Fiberoptikkens muligheder er lige begyndt at blive realiseret. Selv nu er fiberoptiske linjer overlegne i deres egenskaber i forhold til analoger baseret på kobberkabel, og det skal tages i betragtning, at kobberkablers teknologiske muligheder har mindre udviklingspotentiale end fiberoptisk teknologi, der begynder at udvikle sig. Fiberoptik lover at blive en integreret del af informationsrevolutionen, såvel som en del af det verdensomspændende kabelnetværk.

Fiberoptik vil påvirke alles liv, nogle gange næsten umærkeligt. Her er nogle eksempler på fiberoptiks iøjnefaldende indtræden i vores liv:

kabel til dit hus; tilslutning af elektronisk udstyr på dit kontor med

udstyr i andre kontorer; tilslutning af elektroniske enheder i din bil;

industriel proceskontrol.

Fiberoptik er en ny teknologi, der lige er begyndt at udvikle sig, men behovet for dens brug som transmissionsmedium til forskellige applikationer er allerede blevet bevist.

dachas, og egenskaberne ved fiberoptik vil gøre det muligt i fremtiden at udvide omfanget af dens anvendelse betydeligt.

1.2. Problemer med elektroniske computere.

De første masseproducerede universelle computere baseret på transistorer blev frigivet i 1958 samtidigt i USA, Tyskland og Japan. I Sovjetunionen blev de første rørløse maskiner "Setun", "Razdan" og "Razdan 2" skabt i 1959-1961. I 60'erne udviklede sovjetiske designere omkring 30 modeller af transistorcomputere, hvoraf de fleste begyndte at blive masseproduceret. Den mest kraftfulde af dem - "Minsk 32" udførte 65 tusinde operationer i sekundet. Hele familier af maskiner dukkede op: Ural, Minsk, BESM. BESM 6 blev rekordholderen blandt computere i anden generation, som havde en hastighed på omkring en million operationer i sekundet - en af ​​de mest produktive i verden.

Prioriteten i opfindelsen af ​​integrerede kredsløb, som blev elementbasen for tredje generations computere, tilhører de amerikanske videnskabsmænd D. Kilby og R. Noyce, som gjorde denne opdagelse uafhængigt af hinanden. Masseproduktion af integrerede kredsløb begyndte i 1962

år, og i 1964 begyndte overgangen fra diskrete til integrerede elementer at blive gennemført hurtigt. ENIAC, nævnt ovenfor, med dimensioner på 9x15 meter i 1971 kunne samles på en plade på 1,5 kvadratcentimeter. I 1964 annoncerede IBM oprettelsen af ​​seks modeller af IBM-familien (System 360), som blev de første computere i tredje generation. Modellerne havde et enkelt kommandosystem og adskilte sig fra hinanden i mængden af ​​RAM og ydeevne.

Begyndelsen af ​​70'erne markerer overgangen til fjerde generations computere - på meget store integrerede kredsløb

(VLSI). Et andet tegn på en ny generation af computere er pludselige ændringer i arkitekturen.

Fjerde generations teknologi gav anledning til et kvalitativt nyt element i computeren - en mikroprocessor eller en chip (fra det engelske ord chip). I 1971 kom de med ideen om at begrænse processorens muligheder ved at lægge et lille sæt operationer i den, hvis mikroprogrammer skal indtastes i skrivebeskyttet hukommelse på forhånd. Skøn har vist, at brug af 16 kilobit skrivebeskyttet hukommelse vil eliminere 100-200 konventionelle integrerede kredsløb. Sådan opstod ideen om en mikroprocessor, som kan implementeres selv på en enkelt chip, og programmet kan skrives ind i dets hukommelse for evigt.

I midten af ​​70'erne begyndte situationen på computermarkedet at ændre sig dramatisk og uventet. To koncepter for udviklingen af ​​computere har klart skilt sig ud. Supercomputere blev legemliggørelsen af ​​det første koncept, og personlige computere blev legemliggørelsen af ​​det andet. Af fjerde generation af store computere baseret på ultrastore integrerede kredsløb stod især de amerikanske maskiner "Krey-1" og "Krey-2", samt de sovjetiske modeller "Elbrus-1" og "Elbrus-2". ud. Deres første prøver dukkede op ca

på samme tid - i 1976. Alle tilhører kategorien supercomputere, da de har de maksimalt opnåelige egenskaber for deres tid og en meget høj pris. I begyndelsen af ​​1980'erne, udførelsen af ​​personlige

computere udgjorde hundredtusindvis af operationer i sekundet, supercomputeres ydeevne nåede hundredvis af millioner af operationer i sekundet, og verdens flåde af computere oversteg 100 mio.

udgav den nu berømte artikel af Gordon Moore (Gordon Moore)

"Overløb af antallet af elementer på integrerede kredsløb"

("Proppe flere komponenter på integrerede kredsløb"), hvor den daværende direktør for forskning og udvikling hos Fairchild Semiconductors og fremtidig medstifter af Intel Corporation forudsagde udviklingen af ​​mikroelektronik i de næste ti år og forudsagde, at antallet af elementer på chips af elektroniske kredsløb ville yderligere fordobles hvert år. Senere, da han talte til et publikum ved International Electron Devices Meeting i 1975, bemærkede Gaudron Moore, at i løbet af det sidste årti var antallet af elementer på chips faktisk fordoblet hvert år, men i fremtiden, når kompleksiteten af ​​chips øges, fordobles antallet af elementer på chips. antallet af transistorer i mikrokredsløb vil forekomme hvert andet år. . Denne nye forudsigelse gik også i opfyldelse, og Moores lov fortsætter i denne form (fordobling på to år) den dag i dag, hvilket tydeligt kan ses af følgende tabel (fig. 1.4.) og grafen

At dømme efter det seneste teknologiske spring, som Intel formåede at tage i løbet af det seneste år, ved at forberede dual-core processorer med dobbelt så mange transistorer på en chip, og i tilfælde af overgangen fra Madison til Montecito - firdobling af dette antal, så Moores lov vender, omend kortvarigt, tilbage til sin oprindelige form - fordobler antallet af elementer på chippen på et år. Det er muligt at overveje lovens konsekvens for mikroprocessorers clockfrekvens, selvom Gordon Moore gentagne gange har udtalt, at hans lov kun gælder for antallet af transistorer på en chip og afspejler