Перспективы развития оптоэлектроники и фотоники w

1. Перспективы развития оптоэлектроники и фотоники

Юрчук Сергей Юрьевич
кафедра полупроводниковой электроники и
физики полупроводников
доцент, к.ф.-м.н.
yurchuk60@mail.ru
08:29
1

2. Фотоника в науке и технике XXI века

08:29
2

3.

Фотоника – область науки и техники, связанная с использованием
светового излучения (потоков фотонов) в оптических элементах,
устройствах и системах, в которых генерируются, усиливаются,
модулируются, распространяются и детектируются оптические
сигналы.
И. Б. 08:29
Ковш Фотоника в России: Состояние и задачи. Часть 1//Photonics vol. 13 № 2 2019, з.130-141
3

4.

Основные области использования фотоники
• обработка материалов в
промышленности;
• бесконтактные измерения и диагностика
(техническое зрение);
• запись, хранение, обработка и передача
информации, связь;
• диагностика и лечение заболеваний
человека и животных;
• задание направлений и управление
движением;
• визуализация информации, дисплеи,
световые шоу;
• скрытая маркировка документов и
изделий, распознавание изображений;
• биостимуляция в растениеводстве
и животноводстве;
• дистанционное зондирование,
картирование рельефов;
• энергетика;
• исследовательское оборудование
для естественных наук;
• обеспечение безопасности людей
и объектов;
• военные применения.
И. Б. 08:29
Ковш Фотоника в России: Состояние и задачи. Часть 1//Photonics vol. 13 № 2 2019, з.130-141
4

5.

Области наиболее активного использования
фотоники сегодня
Ковш И. Б. Фотоника в России: состояние и задачи // Лазер-Информ. 2019. № 4 (643). С. 1–16.
http://laseris.ru/public/content/analytics/2019_04_20_obzor_1_rhythm_of_machinery_4_2019_st
08:29
r_60_67.pdf
5

6.

08:29
https://abit.itmo.ru/images/mega/3/ph.JPG
6

7.

Динамика мирового рынка
лазеров в 2010–2014 гг. [1] и в
2015–2019 гг. [2] (млрд
долл./биллионы США).
Источник: Strategies Unlimite
1. Развитие фотоники в России и мире :
публичн. аналит. доклад.– М.: Битуби,
2016.–432 с.
2. Силаков К.И., Силакова Т.Т.
08:29
Фотоника.
Настоящее и будущее
7

8.

Динамика роста
мирового объема
производства
источников
лазерного
излучения.
Источники: Laser
Focus World и ETR
«Photonics21»
08:29
Ковш И. Б. Фотоника в России: состояние и задачи // Лазер-Информ. 2019. № 4 (643). С. 1–16. 8

9.

Нанофотоника
1. Nanophotonics // Wikipedia, the free Encyclopedia. — Chris Monroe, University of Maryland http://en.wikipedia.org/wiki/Nanophotonics .
2. Игнатов А.Н. Оптоэлектроника и нанофотоника:Учебное пособие.-СПб.: Изд-во «Лань»,2011,-544 с.
https://yandex.ru/images/search?pos=14&img_url=https%3A%2F%2Fscience.sciencemag.org%2Fcontent%2Fsci%2F348%2F6234%2F516%2FF1.large.jpg%3Fwidth%5Cu003d80
0%5Cu0026height%5Cu003d600%5Cu0026carousel%5Cu003d1&text=%D0%9D%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D1%84%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B
08:29
9
0&lr=117013&rpt=simage&source=serp

10.

Направления нанофотоники
Предметом изучения нанофотоники является распространение,
преобразование, испускание и поглощение оптического излучения и
сигналов в наноструктурах, с целью использования особенностей
процессов взаимодействия излучения с веществом при таких масштабах,
для создания различных функциональных устройств.
Кирчанов В.С. Физические основы нанотехнологий фотоники и оптоинформатики//Пермь. Изд-во Перм. нац.
иссл. политех. ун-та 2019- 221с.
08:29
10
https://present5.com/perspektivy-razvitiya-mirovogo-soobshhestva-globalnye-problemy-xxi/

11.

Мировой рынок нанофотоники
Dublin, March 08, 2022 (GLOBE NEWSWIRE) -- The "Global Nanophotonic Market (2021-2026) by Material,
Equipment, Application, Geography" report has been added to ResearchAndMarkets.com's offering.
08:29
11

12. Полупроводниковые лазеры

08:29
12

13.

Полупроводниковые лазеры
08:29
https://fb.ru/article/233993/lazeryi-poluprovodnikovyie-vidyi-ustroystvo-printsip-rabotyi-primenenie?ysclid=l2352s11y5
13

14.

Полупроводниковые лазеры
Принцип работы генератора
Б.Салех,М.Тейх
Оптика и фотоника принципы и применения. Учеб пособие. В 2 т., Т.2. –Дологопрудный: Изд.14
08:29
Дом «Интеллект»,2012.-784 с. Цв вкл. С.384;с.152

15.

Усиление света в полупроводниках
Б.Салех,М.Тейх
Оптика и фотоника принципы и применения. Учеб пособие. В 2 т., Т.2. –Дологопрудный: Изд.15
08:29
Дом «Интеллект»,2012.-784 с. Цв вкл. С.384;с.152

16.

Сверхлюминесцентные диоды
Б.Салех,М.Тейх
Оптика и фотоника принципы и применения. Учеб пособие. В 2 т., Т.2. –Дологопрудный: Изд.16
08:29
Дом «Интеллект»,2012.-784 с. Цв вкл. С.384;с.152

17.

Сверхлюминесцентные диоды
Б.Салех,М.Тейх Оптика и фотоника принципы и применения. Учеб пособие. В 2 т., Т.2. –Дологопрудный: Изд. Дом «Интеллект»,2012.-784 с.
https://ru.abcdef.wiki/wiki/Superluminescent_diode?ysclid=l8ysqbua2g503024209#Principles_of_operation
08:29

18.

Принцип работы оптического генератора
Схема открытого лазерного резонатора Фабри-Перо
Длина волны резонатора д.б. равна целому числу полуволн
Тогда резонансные частоты
08:29
Мартынов В.Н., Кольцов Г.И. Полупроводниковая оптоэлектроника.- М.: МИСиС, 1999.-400 с.
18

19.

Лазерный диод
Б.Салех,М.Тейх
Оптика и
фотоника
принципы и
применения.
Учеб пособие. В
2 т., Т.2. –
Дологопрудный:
Изд. Дом
«Интеллект»,201
2.-784 с. Цв вкл.
С.384;с.152
08:29
19

20.

Принцип работы оптического генератора
08:29
Мартынов
В.Н., Кольцов Г.И. Полупроводниковая оптоэлектроника.- М.: МИСиС, 1999.-400 с.
20

21.

Инжекционная электролюминесценция в
гетеропереходе
08:29
Мартынов
В.Н., Кольцов Г.И. Полупроводниковая оптоэлектроника.- М.: МИСиС, 1999.-400 с.
21

22.

Инжекционные лазеры на двухсторонних
гетероструктурах
Мартынов В.Н., Кольцов Г.И. Полупроводниковая оптоэлектроника.- М.: МИСиС, 1999.-400 с.
https://prezentacii.org/prezentacii/prezentacii-po-informatike/127216-poluprovodnikovye-lazery.html
22

23.

Инжекционные лазеры на двухсторонних
гетероструктурах
08:29
Мартынов В.Н.,
Кольцов Г.И.
Полупроводнико
вая
оптоэлектроника.
- М.: МИСиС,
1999.-400 с.
23

24.

Основные направления исследований лазеров и их
применений 144
Разработка новых более совершенных схем генерации узкополосного
излучения с заданной длиной волны.
Непрерывные (CW) лазеры Integrated Optics с длиной волны 405 – 1342
нм
Развитие фотоники в России и мире : публичн. аналит. доклад.– М.: Битуби, 2016.–432 с. : ил.
08:29
https://www.czl.ru/netcat_files/userfiles/pdf/catalog_lasers_integrated_optics.pdf
24

25.

Проблемы развития спектрально прецизионных
лазеров 146
• Сложность обеспечения долговременной стабильности частоты
излучения лазера на произвольной частоте из-лучения;
• сложность осуществления плавной перестройки частоты генерации
во всем рабочем спектральном диапазоне;
• отсутствие высокостабильных реперов частоты с возможностью
перестройки реперной точки в широком спектральном диапазоне.
Специфичной проблемой полупроводниковых лазеров является
возможность получения излучения только в определенных
спектральных диапазонах. Аналогичная проблема существует для
волоконных лазеров в силу ограниченной номенклатуры активных
сред.
Развитие фотоники в России и мире : публичн. аналит. доклад.– М.: Битуби, 2016.–432 с. : ил.
08:29
https://www.czl.ru/netcat_files/userfiles/pdf/catalog_lasers_integrated_optics.pdf
25

26.

Основные направления исследований в области
развития спектрально прецизионных лазеров
• Разработка новых более совершенных схем генерации излучения с
заданной длиной волны;
• поиск и разработка новых оптических материалов и использование
имеющихся материалов для получения активных сред для генерации
на новых длинах волн;
• разработка и усовершенствование методов регулирования длинами
волн узкополосного излучения, получения долговременной и
кратковременной стабильности длины волны излучения, сужения
спектральной линии, увеличения мощности;
• получение и исследование физических эффектов для получения более
совершенных спектрально-прецизионных лазеров.
Развитие фотоники в России и мире : публичн. аналит. доклад.– М.: Битуби, 2016.–432 с. : ил.
08:29
https://www.czl.ru/netcat_files/userfiles/pdf/catalog_lasers_integrated_optics.pdf
26

27.

Основные направления исследований лазеров и их
применений 144
Методы достижения SLM режима работы в диодных лазерах
Развитие фотоники в России и мире : публичн. аналит. доклад.– М.: Битуби, 2016.–432 с. : ил.
https://www.czl.ru/blog/spectroscopy/spectral-properties-of-cw-lasers.html?
27

28.

Основные направления исследований лазеров и их
применений 144
Волоконная брэгговская решетка
n – коэффициент преломления; – период решетки.
Развитие фотоники в России и мире : публичн. аналит. доклад.– М.: Битуби, 2016.–432 с. : ил.
https://www.czl.ru/blog/spectroscopy/spectral-properties-of-cw-lasers.html?
28

29.

Основные направления исследований лазеров и их
применений
Объемные брэгговские решетки. а – пропускание, б –
отражение
Развитие фотоники в России и мире : публичн. аналит. доклад.– М.: Битуби, 2016.–432 с. : ил.
https://www.czl.ru/blog/spectroscopy/spectral-properties-of-cw-lasers.html?
29

30.

Основные направления исследований лазеров и их
применений
Распределенные брэгговские отражатели, также носящие
название
«одномерный
фотонный
кристалл»,
это
последовательность двух или более расположенных друг за
другом
материалов
с
отличающимися
показателями
преломления. РБО изготовляются либо с помощью
химического осаждения материалов из газовой фазы, либо
методом молекулярно-лучевой эпитаксии.
Развитие фотоники в России и мире : публичн. аналит. доклад.– М.: Битуби, 2016.–432 с. : ил.
https://www.czl.ru/blog/spectroscopy/spectral-properties-of-cw-lasers.html?
30

31.

Основные направления исследований лазеров и их
применений
Развитие фотоники в России и мире : публичн. аналит. доклад.– М.: Битуби, 2016.–432 с. : ил.
https://thesaurus.rusnano.com/wiki/article23842
08:29
31

32.

Основные направления исследований лазеров и их
применений
Получение генерации
на новых длинах волн
с
использованием
существующих
и
новых
оптических
материалов, в том
числе
новых
активных
лазерных
сред
Развитие фотоники в России и мире : публичн. аналит. доклад.– М.: Битуби, 2016.–432 с. : ил.
https://www.laserfocusworld.com/lasers-sources/article/16550180/advances-in-light-sources-fiber-lasers-tune-to-the08:29
32
visible

33.

Основные направления исследований лазеров и их
применений
Генерация второй гармоники (SHG)
Развитие фотоники в России и мире : публичн. аналит. доклад.– М.: Битуби, 2016.–432 с. : ил.
https://www.laserfocusworld.com/lasers-sources/article/16550180/advances-in-light-sources-fiber-lasers-tune-to-the08:29
33
visible

34.

Основные направления исследований лазеров и их
применений 144
новых
Разработка
методов управления
длиной
волны
узкополосного
лазерного излучения,
сужения
линии,
обеспечения
кратковременной и
долговременной
стабильности длины
волны, повышения
мощности
Развитие
фотоники в России и мире : публичн. аналит. доклад.– М.: Битуби, 2016.–432 с. : ил.
08:29
https://www.semanticscholar.org/paper/Planar-slot-photonic-crystal-cavities-for-on-chip-Hoang/f2b83d2e4f1ed49950b4f1632265467908faa0b1
34

35.

Основные направления исследований лазеров и их
применений
Поиск и исследование новых физических эффектов и явлений,
перспективных для создания более совершенных спектральнопрецизионных лазеров и приборов на их основе.
Схема квантово-каскадного лазера в конфигурации Литтрова (Littrow) с внешним резонатором: lens –
объектив, QC device – квантово-каскадный лазер, AR (anti-reflective) coating – антиотражающее покрытие,
grating –дифракционная решетка
Развитие
фотоники в России и мире : публичн. аналит. доклад.– М.: Битуби, 2016.–432 с. : ил.
08:29
35
https://sccs.intelgr.com/archive/2016-01/02-Volkov.pdf?ysclid=l4fmmlgyu086738015

36.

Основные применения спектрально-прецизионных
лазеров
08:29
Охлаждение и пленение атомов и молекул;
разделение изотопов;
детектирование веществ;
атомная литография;
оптическая метрология;
когерентная волоконно-оптическая передача информации;
голография;
интерферометрия и др.
Развитие фотоники в России и мире : публичн. аналит. доклад.– М.: Битуби, 2016.–432 с. : ил.
36

37.

Спектрально-прецизионные лазеры для передовых
научных исследований
Создание ультрастабильных
оптических
стандартов частоты
Развитие фотоники в России и мире : публичн. аналит. доклад.– М.: Битуби, 2016.–432 с. : ил.
37
Бердасов О.И. и др. Оптические стандарты частоты на холодных атомах стронция.// Альманах-современной-метрологии-№1_2014_стр-13-36

38.

Спектрально-прецизионные лазеры для передовых
научных исследований
Повышение
точности
систем
навигации
(ГЛОНАСС и
другие);
Развитие
фотоники в России и мире : публичн. аналит. доклад.– М.: Битуби, 2016.–432 с. : ил.
08:29
https://1big.ru/science/11225-tochnost-glonass-povysyat-v-dva-raza-do-konca-tekuschego-goda.html
38

39.

Одномодовый режим
Б.Салех,М.Тейх Оптика и фотоника принципы и применения. Учеб пособие. В 2 т., Т.2. –Дологопрудный: Изд.
Дом «Интеллект»,2012.-784 с. Цв вкл. С.384;с.152
08:29
39
https://mypresentation.ru/presentation/fizicheskie-osnovy-raboty-lazera

40.

Одномодовый режим (РБО-лазер)
Б.Салех,М.Тейх Оптика и фотоника принципы и применения. Учеб пособие. В 2 т., Т.2. –Дологопрудный: Изд.
Дом08:29
«Интеллект»,2012.-784 с. Цв вкл. С.384;с.152
40
https://present5.com/opticheskie-cifrovye-telekommunikacionnye-sistemy-peredachi-os-zavisimost/

41.

Квантово-размерные лазеры
Схема квантово-размерных лазерных структур с квантовой ямой (а), квантовой проволокой (б),
квантовой точкой (в). Носители заряда удерживаются в активной области ограничивающими
слоями, а брэгговские отражатели служат зеркалами
Б.Салех,М.Тейх
Оптика и фотоника принципы и применения. Учеб пособие. В 2 т., Т.2. –Дологопрудный: Изд.41
08:29
Дом «Интеллект»,2012.-784 с. Цв вкл. С.384;с.152

42.

Лазеры на одной и нескольких квантовых
проволоках
Б.Салех,М.Тейх
Оптика и фотоника принципы и применения. Учеб пособие. В 2 т., Т.2. –Дологопрудный: Изд.42
08:29
Дом «Интеллект»,2012.-784 с. Цв вкл. С.384;с.152

43.

Лазеры на одной и нескольких квантовых
точках
Б.Салех,М.Тейх Оптика и фотоника принципы и применения. Учеб пособие. В 2 т., Т.2. –Дологопрудный: Изд.
Дом «Интеллект»,2012.-784 с. Цв вкл. С.384;с.152
08:29
43
https://ppt-online.org/269501

44.

Лазеры на одной и нескольких квантовых
точках
Б.Салех,М.Тейх
Оптика и фотоника принципы и применения. Учеб пособие. В 2 т., Т.2. –Дологопрудный: Изд.44
08:29
Дом «Интеллект»,2012.-784 с. Цв вкл. С.384;с.152

45.

Спектры коэффициентов усиления
Спектр
коэффициентов
усиления для лазеров на
идеальных,
объемных
полупроводниках, квантовых
ямах, квантовых проволоках и
квантовых точках
(340,
рис.10.11).
Мартинес-Дуарт Дж. М. и др. Нанотехнологии для микро-и оптоэлектроники М.Техносфера2009.-368с
Кирчанов В.С. Физические основы нанотехнологий фотоники и оптоинформатики:
08:29
учебное пособие /– Пермь. Изд-во Перм. нац. иссл. политех. ун-та 2019- 221с.
45

46.

Квантово-каскадные лазеры
(QCL – quantum cascade laser)
220
Б.Салех,М.Тейх Оптика и фотоника принципы и применения. Учеб пособие. В 2 т., Т.2. –Дологопрудный: Изд.
Дом «Интеллект»,2012.-784 с. Цв вкл. С.384;с.152
http://sccs.intelgr.com/archive/2016-01/02-Volkov.pdf
08:29
46

47.

Квантово-каскадные лазеры
(усовершенствование технологии ККЛ)
исследование физических процессов внутризонных переходов в
220
униполярных ККЛ на сверхрешетках;
получение генерации в полупроводниковых квантоворазмерных
гетероструктурах, излучающих две длины волны одновременно;
исследование генерации в узкозонных гетероструктурах и
физики биполярных структур ККЛ на сверхрешетках.
Б.Салех,М.Тейх Оптика и фотоника принципы и применения. Учеб пособие. В 2 т., Т.2. –Дологопрудный: Изд.
Дом «Интеллект»,2012.-784 с. Цв вкл. С.384;с.152
http://sccs.intelgr.com/archive/2016-01/02-Volkov.pdf
08:29
47

48.

Лазеры с микрорезонаторами
223
Б.Салех,М.Тейх
Оптика и фотоника принципы и применения. Учеб пособие. В 2 т., Т.2. –Дологопрудный: Изд. Дом
08:29
«Интеллект»,2012.-784 с. Цв вкл. С.384;с.152
48

49.

Лазеры с гребенчатым волноводом
Б.Салех,М.Тейх
Оптика и фотоника принципы и применения. Учеб пособие. В 2 т., Т.2. –Дологопрудный: Изд. Дом
08:29
«Интеллект»,2012.-784 с. Цв вкл. С.384;с.152
227
49

50.

РОС-лазеры со скрытой гетероструктурой
Б.Салех,М.Тейх
Оптика и фотоника принципы и применения. Учеб пособие. В 2 т., Т.2. –Дологопрудный: Изд. Дом
08:29
«Интеллект»,2012.-784 с. Цв вкл. С.384;с.152
228
50

51.

Поверхностно-резонаторные лазеры с
вертикальным резонатором (VCSEL)
Б.Салех,М.Тейх Оптика и фотоника принципы и применения. Учеб пособие. В 2 т., Т.2. –Дологопрудный: Изд. Дом «Интеллект»,2012.-784 с. Цв вкл.
С.384;с.152
Miller M., Grabbherr
M., King R., Jagger R., Michalzik R., Ebeling K.J. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics Vol. 7, 2001. P.210-216, Fig.2
08:29
IEEE)
228
51

52.

Поверхностно-резонаторные лазеры с
вертикальным резонатором (VCSEL)
230
Спектральная интенсивность (а), оптическая мощность (б) и угловое распределение излучения (в)
лазера VCSEL с квантовыми ямами на GaAs/InGaAs. Пороговый ток равен iп.пл = 1,1 А.
Б.Салех,М.Тейх Оптика и фотоника принципы и применения. Учеб пособие. В 2 т., Т.2. –Дологопрудный: Изд. Дом «Интеллект»,2012.-784 с. Цв вкл. С.384;с.152
08:29
Miller M., Grabbherr M., King R., Jagger R., Michalzik R., Ebeling K.J. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics Vol. 7, 2001. P.210-216, Fig.8, 5 IEEE)
52

53.

Поверхностно-резонаторные лазеры с
вертикальным резонатором (VCSEL)
Б.Салех,М.Тейх
Оптика и фотоника принципы и применения. Учеб пособие. В 2 т., Т.2. –Дологопрудный: Изд. Дом
08:29
«Интеллект»,2012.-784 с. Цв вкл. С.384;с.152
230
53

54.

Поверхностно-резонаторные лазеры с
вертикальным резонатором (VCSEL)
Б.Салех,М.Тейх
Оптика и фотоника принципы и применения. Учеб пособие. В 2 т., Т.2. –Дологопрудный: Изд. Дом
08:29
«Интеллект»,2012.-784 с. Цв вкл. С.384;с.152
230
54

55.

Поверхностно-резонаторные лазеры с
вертикальным резонатором (VCSEL)
Б.Салех,М.Тейх
Оптика и фотоника принципы и применения. Учеб пособие. В 2 т., Т.2. –Дологопрудный: Изд. Дом
08:29
«Интеллект»,2012.-784 с. Цв вкл. С.384;с.152
230
55

56.

Сегменты применения лазеров
https://mirprom.com/public/vozmozhnost-budushchego-rosta-analiz-perspektiv-rossiyskogo-rynka-lazernyh-tehnologiyv?ysclid=l4vk2dses9964957927
08:29
56

57.

Барьеры развития лазеров — научные и
технологические
Общие проблемы:
• сложность обеспечения долговременной стабильности частоты
излучения лазера на произвольной частоте излучения;
• сложность осуществления плавной перестройки
генерации во всем рабочем спектральном диапазоне;
частоты
• отсутствие
высокостабильных
реперов
частоты
с
возможностью перестройки реперной точки в широком
спектральном диапазоне.
08:29
Развитие фотоники в России и мире : публичн. аналит. доклад.– М.: Битуби, 2016.–432 с. : ил.
57

58.

Барьеры развития лазеров — научные и
технологические
Специфичные проблемы:
• возможность получения излучения только в определенных
спектральных диапазонах.
• для волоконных лазеров в силу ограниченной номенклатуры
активных сред.
• обеспечение долговременной стабильности частоты излучения
спектрально-прецизионного лазера.
08:29
Развитие фотоники в России и мире : публичн. аналит. доклад.– М.: Битуби, 2016.–432 с. : ил.
58

59.

Оптические модуляторы
Классификация
По способу преобразования модуляторы классифицируют на
следующим образом:
•амплитудная модуляция;
•частотная модуляция;
•фазовая модуляция;
•изменение направления вектора поляризации.
Развитие
фотоники в России и мире : публичн. аналит. доклад.– М.: Битуби, 2016.–432 с. : ил.
08:29
Якушенков П.О. Оптические модуляторы света// Фотоника.-2019 .-Т.13.-№6, С.594-603.
59

60.

Оптические модуляторы
Электрооптические модуляторы
Фазовые электрооптические модуляторы на основе эффекта Поккельса.
1
n E n0 r n03 E
2
3
n
2 nL
0 r E
0
Линейный эффект позволяет изменять фазу за 10 -12c
Кирчанов В.С. Физические основы нанотехнологий фотоники и оптоинформатики: учебное пособие / Изд-во Перм. нац. иссл. политех. ун-та
2019-08:29
221с.
60
https://slideplayer.com/slide/5338865/

61.

Электрооптические модуляторы
Амплитудные модуляторы с поляризационной ячейкой состоит из двух скрещенных
поляризаторов, между которыми находится кристалл.
Интенсивность света на выходе поляризационной
ячейки определяется законом Малюса
I I 0 sin
2
Разность фаз 1 2 0 ~ , где
2 l
0 01 02
n1 n2
переменная разность фаз, наведенная электрическим
полем
U
h 3
~
, U 2
n2 r2 n13r1
U 2
l
Кирчанов
В.С. Физические основы нанотехнологий фотоники и оптоинформатики: учебное пособие / Изд-во
08:29
61
Перм. нац. иссл. политех. ун-та 2019- 221с.

62.

Электрооптические модуляторы
Амплитудная характеристика модулятора света.
Для внешней модуляции используется электрооптический эффект в кристалле
LiNbO3. Полуволновое напряжение в этом кристалле более 1 кВ.
Кирчанов
В.С. Физические основы нанотехнологий фотоники и оптоинформатики: учебное пособие / Изд-во
08:29
62
Перм. нац. иссл. политех. ун-та 2019- 221с.

63.

Электрооптические модуляторы
Интегрально-оптическая схема
Кирчанов В.С. Физические основы нанотехнологий фотоники и оптоинформатики: учебное пособие / Изд-во
Перм.
08:29 нац. иссл. политех. ун-та 2019- 221с.
63
Якушенков П.О. Оптические модуляторы света. 2019. DOI: 10.221184/1993-7296. Fros.2019.13.6.594.602

64.

Интегрально-оптические модуляторы света
Для эффективного преобразования энергии электроды делают как pn-переход
Кирчанов В.С. Физические основы нанотехнологий фотоники и оптоинформатики: учебное пособие / Изд-во
Перм. нац. иссл. политех. ун-та 2019- 221с.
08:29
Якушенков
П.О. Оптические модуляторы света. 2019. DOI: 10.221184/1993-7296. Fros.2019.13.6.594.602 64

65.

Интегрально-оптические модуляторы света
Интегрально –оптический переключатель на два положения
Кирчанов
В.С. Физические основы нанотехнологий фотоники и оптоинформатики: учебное пособие / Изд-во
08:29
65
Перм. нац. иссл. политех. ун-та 2019- 221с.

66.

Электропоглощающие модуляторы на основе эффекта
Келдыша-Франца
Кирчанов
В.С. Физические основы нанотехнологий фотоники и оптоинформатики: учебное пособие / Изд-во
08:29
66
Перм. нац. иссл. политех. ун-та 2019- 221с.

67.

Электропоглощающие модуляторы на основе
квантоворазмерного эффекта Штарка
Кирчанов В.С. Физические основы нанотехнологий фотоники и оптоинформатики: учебное пособие / Изд-во Перм. нац. иссл. политех. ун-та 2019221с.
08:29
67
Исследование
квантово-размерного эффекта Штарка в гетеронаноструктурах с квантовыми ямами InGaAs/GaAs методом фотоэлектрической
спектроскопииНижегородский университет им. Н.И. Лобачевского, 2006

68.

Электропоглощающие модуляторы на основе
квантоворазмерного эффекта Штарка
Спектры поглощения
многоямной структуры
GaAs/AlGaAs при
различных значениях
электрического поля F
в i-области: a – F=10
кВ/см, b –
F=47 кВ/см, c – F=73
кВ/см
08:29
68

69.

Магнито-оптический модулятор света53
Примеры: MnFe, TmFeO3, FeBO3, CdFeO
Кирчанов В.С. Физические основы нанотехнологий фотоники и оптоинформатики: учебное пособие / Издво Перм. нац. иссл. политех. ун-та 2019- 221с.
08:29
Якушенков
П.О. Оптические модуляторы света. 2019. DOI: 10.221184/1993-7296. Fros.2019.13.6.594.602 69

70.

Магнитооптические модуляторы света
08:29
Якушенков
П.О. Оптические модуляторы света. 2019. DOI: 10.221184/1993-7296. Fros.2019.13.6.594.602 70

71.

Магнитооптические модуляторы света
https://mash-xxl.info/pics/464099/
Кирчанов
В.С. Физические основы нанотехнологий фотоники и оптоинформатики: учебное пособие / 71
08:29
Изд-во Перм. нац. иссл. политех. ун-та 2019- 221с.

72.

Акустооптические модуляторы света
Кирчанов В.С. Физические основы нанотехнологий фотоники и оптоинформатики: учебное пособие / Издво Перм. нац. иссл. политех. ун-та 2019- 221с.
08:29
72
http://foos.sfedu.ru/glava6/6.3.html

73.

Пространственные модуляторы света (ПМС)
Кирчанов В.С. Физические основы нанотехнологий фотоники и оптоинформатики: учебное пособие / Издво Перм. нац. иссл. политех. ун-та 2019- 221с.
https://commons.m.wikimedia.org/wiki/File:Liquid_Crystal_based_Spatial_Light_Modulator.gif
08:29
73

74.

Пространственные модуляторы света (ПМС)
https://www.nano-relief-display.com/modulator/modulator_1.php
08:29
74

75.

Мировой рынок оптических модуляторов
https://www.mordorintelligence.com/ru/industry-reports/optical-modulators-market
08:29
75

76.

Передача информации
Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС)
08:29
Структура волоконно-оптической линии связи
76

77.

Передача информации
Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС)
08:29
https://www.mordorintelligence.com/ru/industry-reports/optical-modulators-market
77

78.

Передача информации
Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС)
08:29
https://мниап.рф/analytics/Mirovoj-rynok-optovolokna/
78

79.

Мировой рынок волоконно-оптических
линий связи
08:29
https://vols.expert/useful-information/mirovoy-ryinok-opticheskogo-volokna-itogi-2018-i-prognozyi/
79

80.

Мировой рынок волоконно-оптических
линий связи
08:29
https://vols.expert/useful-information/mirovoy-ryinok-opticheskogo-volokna-itogi-2018-i-prognozyi/

81.

Передача информации
Волоконно-оптические линии связи
Электромагнитные волны: видимый (380–760 нм) и ближний инфракрасный диапазон
(760–1600 нм).
Новиков, О. С. Волоконно-оптические линии связи и перспективы их развития / / Молодой ученый. — 2020. — №
23 (313). — С. 129-132. — URL: https://moluch.ru/archive/313/71199
08:29
81

82.

Передача информации
Волоконно-оптические линии связи
Новиков, О. С. Волоконно-оптические линии связи и перспективы их развития / / Молодой ученый. — 2020. — №
23 (313). — С. 129-132. — URL: https://moluch.ru/archive/313/71199
08:29
82

83.

Волоконно-оптические линии связи
Распространение света в ВОЛС: а – ступенчатое многомодовое; б – градиентное; в – ступенчатое
одномодовое
08:29
83

84.

Волоконно-оптические
линии связи
https://json.tv/ict_telecom_analytics_view/sosto
yanie-razvitiya-magistralnyh-volokonnoopticheskih-setey-rossii-i-neobhodimost-ihmodernizatsii-v-period-2020-2030-godov20210201030753
08:29
84

85.

Основные направления исследований и их
применений
• Увеличение пропускной способности ВОЛС;
• увеличение безрегенерационной дальности ВОЛС;
• оптимизация топологии и
коммуникационных сетей;
пропускной
способности
смешанных
• использование фотонных интегральных схем;
• электронно-оптические
(интерконнекты);
и
оптоэлектронные
преобразователи
• развитие методов шифрования передаваемой информации;
• замена электронно-ориентированной компонентной;
• базы для обработки сигнала на компоненты на основе квазичастиц.
Развитие фотоники в России и мире : публичн. аналит. доклад.– М.: Битуби, 2016.–432 с. : ил.
08:29
85

86.

Увеличение пропускной способности ВОЛС
08:29
D. Richardson, “Filling the Light Pipe”, SCIENCE, 330, 327, 2010.
86

87.

Технология DWDM
155
08:29
https://nag.wiki/pages/viewpage.action?pageId=25105692
87

88.

Технология DWDM
Обычно используется только »C» диапазон. Затухание в волокне стандарта G.652 в С-диапазоне несколько ниже,
чем в L-диапазоне.
Используя только С-диапазон, можно организовать до 40 каналов по одному оптическому волокну. DWDM можно
использовать и тогда, когда пропускной способности CWDM системы уже не хватает.
08:29
https://nag.wiki/pages/viewpage.action?pageId=25105692
88

89.

Волноводные оптические усилители
Довольнов Е.А. Кузнецов В.В., Миргород В.Г., Шарангович С.Н.
Мультиплексорное и усилительное оборудование многоволновых оптических систем передачи: учеб. пособие//.– Томск:
08:29
89
Томск. гос. ун-т си-стем упр. и радиоэлектроники, 2016. – 156 с.

90.

Требования к оптическим усилителям
• Высокий коэффициент усиления в заданном диапазоне оптических частот;
• малые собственные шумы;
• нечувствительность к поляризации;
• хорошее согласование с волокном;
• минимальные нелинейные и линейные искажения оптических сиг- налов;
• большой динамический диапазон входных сигналов;
• широкая полоса усиления для ВОСП-СР.
Этим требованиям в наибольшей степени отвечают полупроводниковые и
волоконные усилители, настроенные на стандартные три окна прозрачности
волокна: 0,85; 1,31 и 1,55 мкм.
Довольнов Е.А. Кузнецов В.В., Миргород В.Г., Шарангович С.Н.
Мультиплексорное и усилительное оборудование многоволновых оптических систем передачи: учеб. пособие//.– Томск:
08:29
90
Томск. гос. ун-т си-стем упр. и радиоэлектроники, 2016. – 156 с.

91.

Классификация оптических усилителей
Довольнов Е.А. Кузнецов В.В., Миргород В.Г., Шарангович С.Н.
Мультиплексорное и усилительное оборудование многоволновых оптических систем передачи: учеб. пособие//.– Томск:
08:29
91
Томск. гос. ун-т си-стем упр. и радиоэлектроники, 2016. – 156 с.

92.

Полупроводниковые оптические усилители
(OSA — Optical Semiconductor Amplifier)
OSA с резонатором Фабри — Перо
Усилитель бегущей волны
Довольнов Е.А. Кузнецов В.В., Миргород В.Г., Шарангович С.Н.
Мультиплексорное и усилительное оборудование многоволновых оптических систем передачи: учеб. пособие//.– Томск:
08:29
92
Томск. гос. ун-т си-стем упр. и радиоэлектроники, 2016. – 156 с.

93.

Полупроводниковые оптические усилители
(OSA — Optical Semiconductor Amplifier)
Дураев В.. Кузнецов А., Медведев С. Поупроводниковый оптический усилитель//Фотоника.- 2010.-№1.-с.16-19.
93

94.

Полупроводниковые оптические усилители
(OSA — Optical Semiconductor Amplifier)
Дураев В.. Кузнецов А., Медведев С. Поупроводниковый оптический усилитель//Фотоника.- 2010.-№1.-с.16-19.
08:29
94

95.

Основные характеристики OSA
Для передачи в ближней инфракрасной области изготавливаются на основе InGaAsP, InGaAs.
Характеристики:
Относительно высокое усиление - 15 дБ
Предел выходной мощности - 5-10 дБ/м,
Широкий рабочий диапазон.1300-1600 нм телекоммуникационная полоса.
Работают в области 0,8 , 0,9 ,1,0 ,1,3 ,1,5 нм
Ширина полосы усиления 50 нм в частотном диапазоне =10 ТГц при 0 =1300 нм.
Используются как преобразователи длин волн.
Несколько усилителей могут объединятся в массив.
Недостатки:
Высокий фактор шума.
Температурная зависимость длин волн
Большие перекрестные потери.
Несовместимость с геометрией оптоволокна.
Кирчанов В.С. Физические основы нанотехнологий фотоники и оптоинформатики: учебное пособие / Изд-во Перм. нац.
95
иссл. политех. ун-та 2019- 221с.
08:29

96.

Оптические потери кварцевого волокна
08:29
Никоноров Н.В. Шандаров Н.В. Волноводная фотоника. СПб, СПб ГУ ИТМО 2008 г.-142 с.
96

97.

Усилители на допированном волокне
(DFA — Doped Fiber Amplifier)
Конструкция:
• оптическое волокно с примесью редкоземельного материала, в
основном эрбия Er. Длина допированного волокна, как правило,
колеблется от 20 до 100 м.
Преимущества:
• простотой конструкции;
• высокой надежностью;
• большими коэффициентами усиления;
• малыми шумами;
• широкой полосой усиления;
• нечувствительностью к поляризации усиливаемого сигнала и т.д.
стр.17
Довольнов Е.А. Кузнецов В.В., Миргород В.Г., Шарангович С.Н.
Мультиплексорное и усилительное оборудование многоволновых оптических систем передачи: учеб. пособие//.– Томск:
08:29
97
Томск. гос. ун-т си-стем упр. и радиоэлектроники, 2016. – 156 с.

98.

Диапазоны работы оптических усилителей
08:29
Никоноров Н.В. Шандаров Н.В. Волноводная фотоника. СПб, СПб ГУ ИТМО 2008 г.-142 с.
98

99.

Схема спонтанного излучения эрбия
(показаны два низших уровня)
08:29
Никаноров Н.В. Шандаров Н.В. Волноводная фотоника. СПб, СПб ГУ ИТМО 2008 г.-142 с.
99

100.

Упрощенная схема уровней энергии ионов эрбия
(Er3+) в кварцевом стекле
Ионы эрбия
возбуждаются
несколькими
определенными
длинами волн: 514,
532, 667, 800, 980 и
1480 нм.
Никоноров Н.В. Шандаров Н.В. Волноводная фотоника. СПб, СПб ГУ ИТМО 2008 г.-142 с.
08:29
100

101.

Принцип работы оптического усилителя
Никоноров Н.В. Шандаров Н.В. Волноводная фотоника. СПб, СПб ГУ ИТМО 2008 г.-142 с.
08:29
101

102.

Эрбиевый волоконый усилитель
08:29
Никоноров Н.В. Шандаров Н.В. Волноводная фотоника. СПб, СПб ГУ ИТМО 2008 г.-142 с.
102

103.

Топология оптической сети с волоконным
эрбиевым оптическим усилителем
Кирчанов В.С. Физические основы нанотехнологий фотоники и оптоинформатики: учебное пособие / Изд-во Перм. нац.
103
иссл. политех. ун-та 2019- 221с.
08:29

104.

Другие усилители типа DFA
Усилитель на кварцевом волокне, легированном эрбием, обеспечивает полосу
около 35 нм в окне прозрачности 1550 нм:
• оптический усилитель на теллуритовом волокне, легированном эрбием
(EDTFA), который способен расширить полосу усиления до 90 нм;
• оптические усилители на фтористом волокне, легированном тулием (TDFFA)
или празеодимом (PDFFA) - полоса усилителя с 1470 до 1650 нм;
• В схеме TDFA на волокне, допированным высоким содержанием тулия
совместно с фторидом или фторзамещеным цирконатом или
многокомпонентным силикатом с силикатом сурьмы усиление вблизи 1460
нм. Ширина полосы усиления приблизительно равна 35 нм.
• усилитель на волокне, легированном празеодимом, работает в окне
прозрачности 1310 нм.
Довольнов Е.А. Кузнецов В.В., Миргород В.Г., Шарангович С.Н.
Мультиплексорное и усилительное оборудование многоволновых оптических систем передачи: учеб. пособие//.– Томск:
08:29
104
Томск. гос. ун-т си-стем упр. и радиоэлектроники, 2016. – 156 с.

105.

Волоконные ВКР-усилители
(Raman fider amplifiers, RFA)
Заславский К.Е. Волоконно-оптические системы передачи со спектральным уплотнением : учеб. пособие для вузов / К.Е.
105
Заславский. – Ново-сибирск : СибГУТИ, 2005. – 136 c.
08:29

106.

Волоконные ВКР-усилители
(Raman fider amplifiers, RFA)
Заславский К.Е. Волоконно-оптические системы передачи со спектральным уплотнением : учеб. пособие для вузов / К.Е.
106
Заславский. – Ново-сибирск : СибГУТИ, 2005. – 136 c.
08:29

107.

Гибридный оптический усилитель
Шихалиев И., Лукиных С., Старых Д., Конышев В., Убайдулаев Р. Широкополосный гибридный оптический усилитель: как
107
улучшить существующие ВОЛС// Первая миля. 2018. №2, С. 68-72.
08:29

108.

Увеличение пропускной способности ВОЛС
08:29
D. Richardson, “Filling the Light Pipe”, SCIENCE, 330, 327, 2010.
108

109.

Увеличение пропускной способности ВОЛС
Внедрение новых физических идей и принципов:
• квадратурное и поляризационное мультиплексирование;
• многоуровневые форматы модуляции;
• увеличение символьной скорости передатчиков и приемников;
• методы спектрального мультиплексирования;
• методы пространственного мультиплексирования;
• суперканалы и спектральная инженерия;
• Фотонные интегральные схемы.
08:29
D. Richardson, “Filling the Light Pipe”, SCIENCE, 330, 327, 2010.
109
Развитие фотоники в России и мире : публичн. аналит. доклад.– М.: Битуби, 2016.–432 с. : ил.

110.

Квадратурное и поляризационное
мультиплексирование
Н. Гуркин, О. Наний, В. Трещиков, Р. Убайдуллаев «Производительность когерентных DWDM-систем с канальной
08:29
110
скоростью 100 Гбит/c», Вестник связи, 2, 39–40, 2013.

111.

Квадратурное и поляризационное
мультиплексирование
А.В.Леонов , О. Наний, В. Трещиков «Тенденции развития когерентных систем дальней связи», V Международная
научно-техническая и научно методическая конференция «Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и
08:29
111
образовании» АПИНО-2016 СПбГУТ 10-11.03.2016, с.11-22.

112.

Символьная эффективность различных форматов
модуляции
А.В.Леонов , О. Наний, В. Трещиков «Тенденции развития когерентных систем дальней связи», V Международная
научно-техническая и научно методическая конференция «Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и
08:29
112
образовании» АПИНО-2016 СПбГУТ 10-11.03.2016, с.11-22.

113.

Многоуровневые форматы модуляции
M. Nakazawa, T. Hirooka, M. Yoshida, K. Kasai, «Extremely Higher-Order Modulation Formats», Optical Fiber
08:29
Telecommunications VI B: Systems and Networks. Elsevier Inc., 297 – 336, 2013.
113

114.

Увеличение символьной скорости передатчиков
и приемников
08:29
https://www.ftone.com/m1_Solution/TDMwhite-paper.html
114

115.

Оптическое временное мультиплексирование
https://www.sciencedirect.com/topics/chemistry/optical-time-division-multiplexing
https://translated.turbopages.org/proxy_u/en-ru.ru.9d908e2e-62dd7e62-6bb0eb8808:29
74722d776562/https/www.sciencedirect.com/topics/materials-science/optical-time-division-multiplexing
115

116.

Методы спектрального мультиплексирования
А. Леонов, О. Наний, В. Трещиков, «Усилители на основе вынужденного комбинационного рассеяния в оптических системах связи», Прикладная
фотоника, 1, 26-49, 2014.
Е. Дианов, С. Фирстов, В. Хопин, А. Гурьянов, И. Буфетов, «Висмутовые волоконные лазеры и усилители, работающие в области 1.3 мкм»,
Квантовая электроника, 38:7, 615–617, 2008.
V. Dvoyrin, O. Medvedkov, V. Mashinsky, A. Umnikov, A. Guryanov, E. Dianov, “Optical amplifi cation in 1430-1495 nm range and laser action in Bi-doped fi
bers”,
08:29Opt. Express, 16:21, 16971, 2008.
116
В. Трещиков, «Разработка DWDM-системы емкостью 25 Тбит/c», Фотон-экспресс, 2(106), 24-28, 2013.

117.

Методы спектрального мультиплексирования
Спектральный
диапазон
Ширина
диапазона
Наличие усилителей
Оптические потери
С-band (1530-1565 35 нм
нм)
EDFA
0,27 дБ/км
1300-1700 нм
400 нм
Нет для диапазонов
1300–1520 и 1610–1700 нм
0,4 дБ/км
L-band 1565–1630
нм
65 нм
EDFA существенно
отличается
0,3
А. Леонов, О. Наний, В. Трещиков, «Усилители на основе вынужденного комбинационного рассеяния в оптических системах связи», Прикладная
фотоника, 1, 26-49, 2014.
Е. Дианов, С. Фирстов, В. Хопин, А. Гурьянов, И. Буфетов, «Висмутовые волоконные лазеры и усилители, работающие в области 1.3 мкм»,
Квантовая электроника, 38:7, 615–617, 2008.
V. Dvoyrin, O. Medvedkov, V. Mashinsky, A. Umnikov, A. Guryanov, E. Dianov, “Optical amplifi cation in 1430-1495 nm range and laser action in Bi-doped fi
bers”, Opt. Express, 16:21, 16971, 2008.
В. 08:29
Трещиков, «Разработка DWDM-системы емкостью 25 Тбит/c», Фотон-экспресс, 2(106), 24-28, 2013.
117

118.

Методы пространственного мультиплексирования:
многосердцевинные и маломодовые волокна, вортексы (vortex)
08:29
H. Li etc. „Orbital Angular Momentum (OAM) Vertical-CavitySurface Emitting Lasers“, Optica, 2, 547, 2015.

119.

Суперканалы, спектральная инженерия и
программно-перестраиваемые сети
Недостаток данной технологии – увеличение сложности
цифровой обработки сигналов, необходимость
синхронизации потоков данных, передаваемых с
использованием разных поднесущих частот.
Спектры суперканалов а) 300 Гбит/с (3х100G в общей полосе 100ГГц); б) 1Тбит/с
(10х100G по 33ГГц на канал – составлен из 4 суперканалов 300G, две крайние
поднесущие не используются
А.В.Леонов , О. Наний, В. Трещиков «Тенденции развития когерентных систем дальней связи», V Международная научно-техническая и научно
08:29
методическая
конференция «Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании» АПИНО-2016 СПбГУТ 10-11.03.2016, 119
с.11-22.

120.

Фотонные интегральные схемы
https://yandex.ru/images/search?source=serp&text=%D1%84%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B5%20%D0%B8%D0%BD%D1%82%
D0%B5%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B5%20%D1%81%D1%85%D0%B5%D0%BC%D1%8B&pos=6&rpt=simage&img_url=
08:29
120
https%3A%2F%2Fscx2.b-cdn.net%2Fgfx%2Fnews%2Fhires%2F2012%2F52-.jpg&lr=213

121.

Внедрение новых физических идей и принципов
развития ВОЛС
Программно-перестраиваемые сети.
Компенсация искажений при цифровой обработке сигналов.
Развитие алгоритмов коррекции ошибок.
Оптическая регенерация.
Специальные волокна с уменьшенной нелинейностью.
Волокна с малой физической задержкой.
Электронно-оптические и оптоэлектронные преобразователи (интерконнекты).
Развитие методов шифрования передаваемой информации.
Замена электронно-ориентированной компонентной базы для обработки сигнала на
компоненты на основе квазичастиц.
ЛеоновА.В., НанийО.Е., СлепцовМ.А., Трещиков В.Н. Тенденции развития оптических
08:29
систем дальней связи//Прикладная фотоника. 2016. Т. 3. №2, С.123-145.
121

122.

2021: Установлен новый рекорд по скорости
передачи данных - 319 Тбит/с
https://www.tadviser.ru/index.php/%D0%A1%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D1%8F:%D0%9E%D0%BF%D1%82%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%BA%D
0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%B2%D1%8F%D0%B7%D1%8C#.2A2021:_.D0.A3.D1.81.D1.82.D0.B0.D0.BD.D0.BE.D0.B2.D0.BB.D0.B5.D0.BD_.D0.B
D.D0.BE.D0.B2.D1.8B.D0.B9_.D1.80.D0.B5.D0.BA.D0.BE.D1.80.D0.B4_.D0.BF.D0.BE_.D1.81.D0.BA.D0.BE.D1.80.D0.BE.D1.81.D1.82.D0.B8_.D0.BF.D0.B5.D1.80.D0.B5.D0.B4.D
0.B0.D1.87.D0.B8_.D0.B4.D0.B0.D0.BD.D0.BD.D1.8B.D1.85_-_319_.D0.A2.D0.B1.D0.B8.D1.82.2F.D1.81
08:29
122

123.

2. Оптические методы хранения информации
08:29
https://plus.rbc.ru/news/6075675e7
a8aa9fd0c7214de
https://www.crn.ru/news/detail.php
?ID=124815/
123

124.

Динамика темпа роста спроса и предложения
физических носителей памяти
08:29
S. Bhargava, Heat-Assisted Magnetic Recording: Fundamental Limits to Inverse Electromagnetic Design // EECS. 106. 2015
124

125.

Ограничения оптических технологий
08:29
https://slide-share.ru/metodi-visokogo-razresheniya-issledovaniya-nanostruktur-233460
125

126.

Требования к устройствам памяти
• Увеличение емкости;
• увеличение скорости записи/считывания
информации;
• возможность многократной перезаписи;
• снижение стоимости единицы хранимой
информации.
08:29
Развитие фотоники в России и мире : публичн. аналит. доклад.– М.: Битуби, 2016.–432 с. : ил.
126

127.

Альтернативные устройства памяти
• молекулярная память, которая основана на технологии атомной
туннельной микроскопии, позволяющей добавлять и удалять
отдельные атомы в молекулу. Теоретическая плотность упаковки
около 40 Гб/см 2;
• спиновая память(STT – Spin Transfer Technologies – SST);
• магниторезистивная память;
• мемристорная память;
• память на квантовых точках;
• память на углеродных нанотрубках и др.
Сроки массового производства этих новых устройств хранения
данных пока неопределенны.
08:29
Развитие фотоники в России и мире : публичн. аналит. доклад.– М.: Битуби, 2016.–432 с.
127

128.

Динамика числа публикаций по базе Scopus по
вопросам памяти
26 моё
08:29
Развитие фотоники в России и мире : публичн. аналит. доклад.– М.: Битуби, 2016.–432 с.
128

129.

Рыночная динамика развития носителей памяти
26 моё
08:29
129
M. Gu, X. Li, and Y. Cao, Optical storage arrays: a perspective for future big data storage // Light: Sci. & App. 3. e177. 1-11. 2014

130.

Сравнительный анализ записывающих сред
Магнитная Жесткий
лента
диск
Стоимость/Тб
среды, USD
Скорость
записи,
Мб/с
Плотность
записи, Гб/дм3
Время отклика
Время жизни,
лет
08:29
Оптический Флэш
диск BluRay память SSD
24
112
450
900
150
150
20/200
500
177
168
155
246
100 с
10 мс
10 с
10 мкс
20
5–7
50
10
130
K. Anderson, M. Ayres, F. Askham, B. Sissom, Holographic Data Storage: Science Fiction or Science Fact // Proc. of SPIE. 9201. 920102. 1-8. 2014

131.

Оптическая память на фотохромах
Принцип
действия
Обратимые
фотохимические
реакции и
фотофизические
процессы Т-Т
поглощения и SS просветления
Перспективы
повышения
информационной
емкости
Оптическая
плотность
Недостатки
234
Барьеры развития
Создание:
более 1 Тб Высокая
Низкая
многослойных
Для
стоимость и термостабильност
светочувствитель трехмерной трудоемкость ь и проблемы
ных покрытий;
оптической их синтеза
неразрушающего
толстых (> 2 мм) с
считывания
светочувствитель использован
записанной
ных слоев для
ием лазера
информации.
голографической 532 нм – 10
Требуется синтез
регистрации.
ТБ/см3
новых
соединений
A. S. Dvornikov, I. Cokgor, M. Wang, F. B. Mc Cormick, S. C. Esener, P. M. Rentzepis. Materials and systems for two photon 3-D ROM devices // IEEE
Transaction. Part A. 20(2). 203-212. 1997.
A. S. Dvomikov,
2009.
08:29 E. P. Walker, Rentzepis. Two-Photon Three-Dimensional Optical Storage Memory // J. Phys.Chem.A. 113(49). 13633–13644.
131
K. Ogawa, Two-Photon Absorbing Molecules as Potential Materials for 3D Optical Memory // Appl. Sci. 4. 1-18. 2014.

132.

Оптическая память на фотохромах
08:29
https://rscf.ru/en/news/presidential-program/osnovu-dlya-bystroy-opticheskoy-pamyati/
234
132

133.

Термоассистируемая магнитная память
(heat-assisted magnetic recording –HAMR)
08:29
https://demo.multiurok.ru/files/priezientatsiia-na-tiemu-mietody-maghnitnoi-zapisi.html
133

134.

Термоассистируемая магнитная память
(heat-assisted magnetic recording –HAMR)
Принцип
действия
Перспективы
повышения
информационной
емкости
Плотность
записи
Недостатки
Коэрцитивность Выбор материала; Предел
Высокая
магнитного
уменьшение
5.8 Тб/дм2
стоимость
материала
влияния
До 2025
хранения на 1
уменьшается при
химического
предполагает Гб
локальном
упорядочивания;
ся создание
нагреве
дизайн
HDD до 100
записывающих
Тб
головок;
архитектура диска.
Барьеры развития
Разработка
записывающей
головки со
встроенным
ближнеполевым
трансдьюсером
(near-field
transducer – NFT)
R. E. Rottmayer et al, Heat-Assisted Magnetic Recording // IEEE Trans. on Mag. 42. 10.2417-2421.2006.
R. H. Victora,
S. Wang, Simulation of Expected Areal DensityGain for Heat Assisted Magnetic Recording Relative to Other Advanced Recording
08:29
134
Schemes // IEEE Tran.Mag. 51.11.2015

135.

Память на фазовых переходах (халькогениды)
(Phase Change Memory – PCM)
247
08:29
https://theslide.ru/uncategorized/pamyat-2-
135

136.

Память на фазовых переходах (халькогениды)
(Phase Change Memory – PCM)
247
08:29
136
https://www.nanonewsnet.ru/news/2017/pamyat-na-fazovykh-perekhodakh-nauchili-srabatyvat-za-doli-nanosekundy

137.

Память на фазовых переходах (халькогениды)
(Phase Change Memory – PCM)
https://andiriney.ru/pamyat-na-osnove-fazovogo-perehoda/
08:29
137

138.

Память на фазовых переходах (халькогениды)
(Phase Change Memory – PCM)
247
08:29
https://nanoscalereslett.springeropen.com/articles/10.1186/1556-276X-9-526/figures/16
138

139.

Память на фазовых переходах (халькогениды)
(Phase Change Memory – PCM)
+250
Принцип
действия
Перспективы
повышения
информационной
емкости
Преимущества
Изменение
Уменьшение
Число циклов
электрического
записывающего 1010-1013(для
сопротивления
бита до 2-5 нм; современных
малого объема
Реализация
флэшвещества
многобитового технологий до
халькогенидного
режима.
106).
материала в
Скорость
результате
записи в 500локального
1000 раз выше
нагрева
08:29
Недостатки
Барьеры развития
Проблемы
Высокая плотность
хранения
программируемого
памяти при
тока – более 107
высоких
A/см2.
температурах. Электромиграция.
Более сложная Реакция с
технология.
материалом
подложки.
Развитие фотоники в России и мире : публичн. аналит. доклад.– М.: Битуби, 2016.–432 с.
139

140.

Голографическая память
34
08:29
https://present5.com/gologramma-kak-vysokoperspektivnyj-nositel-informacii-gologramma/
140

141.

Голографическая память
08:29
https://mypresentation.ru/presentation/opticheskie-kompyutery
141

142.

Голографическая память
34
08:29
https://present5.com/gologramma-kak-vysokoperspektivnyj-nositel-informacii-gologramma/
142

143.

Голографическая память
34
Компания
Технология
Maxell Inc.
На светочувствительном полимерном слое.
Используются два лазера с разными длинами волн,
зеленый – для считывания данных и красный – для
контроля и управления сервоприводом диска.
InPhase Inc. (США)
Данные записываются в двоичном коде и
отображаются на жидкокристаллическом (ЖК)
модуляторе света, который просвечивается
лазерным лучом с длиной волны 405 нм.
Прошедший через ЖК модулятор лазерный луч
далее фокусируется на голографический
регистрирующий материал. В эту же точку
фокусируется излучение опорной волны того же
лазера.
08:29
Развитие фотоники в России и мире : публичн. аналит. доклад.– М.: Битуби, 2016.–432 с.
Емкость
диска
Скорость
считывания
3,9 Тб
125 Мб/с
300 Гб (в
перспектив
е 1,6 Тб)
20 Мб/с
143

144.

Голографическая память
Преимущества
• Высокая плотность записи (теоретически до 8 Тб/дм2),
• высокая скорость записи/считывания (до 200 Мб/с);
• высокой помехозащищенностью записи;
• возможность реализации алгоритмов поиска данных с использованием свойства
ассоциативности голографического метода записи;
• возможность проведения различных логических и математических действий, в
частности, выполнения параллельных ассоциативных операций – таких, как:
поиск данных, детектирование изменений, коррелирование и распознавание
образов;
• запись/чтение данных может выполняться в режиме реального времени;
• могут быть легко интегрированы для взаимодействия с оптическими
компьютерами, в которых реализуется принцип параллельности обработки
информации.
08:29
Развитие фотоники в России и мире : публичн. аналит. доклад.– М.: Битуби, 2016.–432 с.
144

145.

Динамика числа публикаций по базе Scopus по
вопросам памяти
26 моё
08:29
Развитие фотоники в России и мире : публичн. аналит. доклад.– М.: Битуби, 2016.–432 с.
145

146.

Голографическая память
Основные направления исследований и их применений
• Плотность оптической записи информации ограничена
дифракционным пределом Аббе, поэтому не может превышать ~5
Гб/дм2.
• С помощью гибридных голографических систем достигнуты
значения плотности и скорости записи (до 8 Тб/дм2 и 200 Мб/с).
• Принцип мультиплексирования, основанный на записи
информации в один и тот же объем, за счет изменения угла.
08:29
Развитие фотоники в России и мире : публичн. аналит. доклад.– М.: Битуби, 2016.–432 с.
146

147.

Голографическая память
Основные направления исследований и их применений
• Внеосевая однолучевая конфигурация с угловым мультиплексированием
(диапазон углов около 25°) позволяет записать до 192 голограмм в
одном объеме с помощью гальванозеркала. Общая емкость диска
диаметром 120 мм составляет 700 Гб.
• Создание новых светочувствительных материалов для объемной
голографии, таких как безусадочные фотополимеры от Aprilis и InPhase,
а также лазеров, модуляторов, фотоприемников.
• Развитие «атомной голографии» (Rewritable 3D Volume Atomic
Holographic Optical Storage NanoTechnology, Colossal storage, Inc.), в
которой запись осуществляется ультрафиолетовыми лазерами в
электрооптических кристаллах. Планируется достичь фантастической
емкости записи данных – 600 Тб/дм2 при скорости передачи 10 ТБ/с.
08:29
Развитие фотоники в России и мире : публичн. аналит. доклад.– М.: Битуби, 2016.–432 с.
147

148.

Квантовая память
a0 0 a1 1
39
20
a0
08:29
2
a1
2
1
https://school-textbook.com/presentation/pr-fizika/29492-kvantovie-neyronnie-seti-i-associativnaya-pamyat.html
148

149.

Эффект электромагнитно индуцированной
прозрачности (ЭИП)
39
20
08:29
https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/430577/Medlennyy_svet_za_fasadom_sensatsii
149

150.

Эффект электромагнитно индуцированной
прозрачности (ЭИП)
08:29
https://slide-share.ru/lokalizovannie-volni-v-fotonnom-kristalle-chastotnaya-dispersiya-kerrovskaya-33038
150

151.

Квантовая память
Манухова А.Д. Хранение и манипулирование квантовым излучением частотного комба.//Диссертация
08:29 на соискание уч. степени к.ф.-м.н., Санкт-Петербург.- 2017.
151

152.

Квантовая память
08:29
https://www.slideserve.com/parker/1466933
152

153.

Квантовая память
Широкополосные модели GRIB и AFC
08:29
Манухова А.Д. Хранение и манипулирование квантовым излучением частотного комба.//Диссертация
153
на соискание уч. степени к.ф.-м.н., Санкт-Петербург.- 2017.

154.

Протокол квантовой памяти с использованием
квантового неразрушающего измерения (QND)
08:29
154
https://www.nanonewsnet.ru/news/2020/fiziki-proveli-nerazrushayushchee-izmerenie-kubita-v-kvantovoi-tochke

155.

Вынужденное комбинационное рассеяние
света (ВКР)
08:29
155
https://present5.com/metody-nelinejnoj-optiki-generaciya-garmonik-vynuzhdennoe-kombinacionnoe-rasseyanie/

156.

Фотонные технологии для космических
приложений
08:29
156

157.

Развитие космических технологий
Концептуальные подходы к созданию перспективных космических систем / А. А. Романов, А. А. Романов, Ю. М.
08:29А. Е. Буравин // Механика, управление и информатика.– 2011.– № 5, – C. 92–104.
157
Урличич,

158.

Картографические сервисы
https://zen.yandex.ru/media/id/5db6d5b543863f00b151bb5e/v-kitae-zapustili-sputnik-vysokogo-razresheniia-sistemy08:29
158
nabliudeniia-zemli-5db708aa98930900b236e2df

159.

Исследование физических свойств
подстилающей поверхности
08:29
https://shareslide.ru/geografiya/prezentatsiya-po-geografii-na-temu-klimatoobrazuyushchie-8
159

160.

Исследование физических свойств
подстилающей поверхности
08:29
160

161.

Исследование физических свойств
подстилающей поверхности
08:29
https://vsegda-pomnim.com/morja-i-okeany/28678-mirovoj-okean-iz-kosmosa-73-foto.html
161

162.

Радиолокаторы с синтезированной апертурой
(SAR)
http://www.npomash.ru/activities/en/space2.htm?prn=y
08:29
https://pandia.ru/text/78/007/1327.php
162

163.

Радиолокаторы с синтезированной апертурой
(SAR)
08:29
163

164.

Фотонные технологии для космических
приложений
08:291.
https://www.slideserve.com/asha/5802981
164

165.

Космическая метеорологическая система
JPSS
08:29
JPSS-1 (Joint Polar Satellite System-1) / NOAA-20 and JPSS-2 series//https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/n/noaa165
20?p_p_id=58&p_p_lifecycle=0&p_p_state=normal&p_p_state_rcv=1&_58_struts_action=%2Flogin%2Flogin

166.

Оптические системы связи космических аппаратов
08:29
1. https://www.atomic-energy.ru/news/2021/08/24/116682
166

167.

Новые классы приборов
Гиперспектрометры
1. Обработка данных гиперспектрального аэрокосмического зондирования / В. В. Козодеров, Т. В.
Кондранин, Е. В. Дмитриев, О. Ю. Казанцев, И. В. Персев, М. В. Щербаков // Исследование Земли из
08:29
космоса.– 2012.– N 5.– С. 3–11.
167

168.

Новые классы приборов
Лидары
3d-сканирование с помощью лидара iphone Источник: https://ds-service39.ru/operating-systems/dla-cego08:29
nuzen-skaner-lidar-v-iphone-i-nemnogo-pro-android.html
168

169.

Новые классы приборов
1. AltiKa: a Ka-band Altimetry Payload and
System for Operational Altimetry during
the GMES Period / P. Vincent, N. Stenou, E.
Caubet, L. Phalippou, L. Rey, E. Thouvenot,
J. Verron // IEEE Sensors.–2006.– EXCO,
Daegu, Korea, Oct. 22-25, 2006.– P. 208–
234.
2. Гордеева С.М., Шевчук О.И. Руководство
по статистической обработке глобальных
архивов информации
(на примере альтиметрических
данных)//Санкт-Петербург
2013
Принцип альтиметрических измерений [2]
08:29
169

170.

Новые классы приборов
08:29
http://d33.infospace.ru/d33_conf/tarusa2018/15.pdf
170

171.

Новые классы приборов
08:29
http://d33.infospace.ru/d3
3_conf/tarusa2018/15.pdf
171

172.

Преимущества оптического диапазона
электромагнитного спектра перед радиодиапазоном
Королёв Б.В. Технология
работы космической
оптической линии связи
для повышения
оперативности
управления и получения
информации
потребителем в процессе
функционирования
космических
средств//Космическая
техника и технологии.- №
1 (4)/2014 .- с. 39-47.
08:29
172

173.

Комплексы оптической связи
Аппаратурные комплексы связи и
передачи широкополосной
информации между КА в
радиодиапазоне, содержащие
передатчик, приемник,
остронаправленную антенную
систему с устройствами ее
наведения на корреспондента или
без них, предназначаются для
решения одной целевой задачи —
обеспечения связи.
Королёв Б.В. Технология работы космической оптической линии связи для повышения оперативности управления и
получения информации потребителем в процессе функционирования космических средств//Космическая техника и
технологии.- № 1 (4)/2014 .- с. 39-47.
08:29
173
http://unnatural.ru/stlaser

174.

Оптические системы космической связи
Основные направления исследований и их применений
1. Поиск наилучших диапазонов для передачи информации в атмосфере.
Первый космический эксперимент по передаче информации в оптическом диапазоне – SILEX [3].
2. Исследуются возможности по увеличению скорости передачи и использованию новых схем
модуляции сигнала [1].
В 2001 году были достигнуты скорости передачи информации до 2 Мб/с на волне 819 нм [4].
3. Исследования в области создания источников и приемников оптического излучения [2].
В настоящее время уже достигнуты скорости передачи информации до 5.6 ГБ/c, подобная
оптическая линия функционирует на борту космических аппаратов TerraSAR-X и NFIRE с
использованием канала 1064 нм [5].
4. Аналитические исследования, обосновывающие необходимость внедрения оптических
технологий по сравнению с традиционными радиотехническим.
1. Optical GEO Feeder Link Design / N. Perlot, T. Dreischer, C. Weinert, J. Perdigues // Future Network & Mobile Summit.– 2012.–Berlin.
2. BTDI CCD21122 Optical Performance Test Report / S. Hilbert, and D. Krutz // DLR-OS.– 2014.
3. In-orbit test results of the optical intersatellite link, SILEX. A milestone in satellite communication / T.T. Nielsen, G. Oppenhaeuser, B. Laurent, G. Planche //
Proceedings of 53rd International AstronauticalCongress.– 2002. IAC-02-M.2.01, Huston, Oct. 2002.– P. 1–11.
4. The communication payload of the ARTEMIS European satellite/ A. Sbardellati, T. Sassorossi, M. Marinelli, and R. Guibilei // Proceedingsof AIAA Conf.– 1994.– AIAA94-0905-CP.– P. 22–32.
5. Joint United States-Germany Satellite Laser Communications Project: NFIRE-to-TerraSAR-X ISLs and NFIRE-to-Ground SGLs /C. Lunde, R. Fields, R. Wong, J. Wicker, D.
Kozlowski, J. Skoog, G. Muehlnikel, J. Hartmann, U. Sterr, M. Lutzer // International Workshop on Ground-to-OICETS Laser Communications Experiments.– 2010.– May
08:29
174
13–15, 2010, Tenerife, Spain.– Paper: GOLCE2010-08.

175.

Оптические системы космических приложений
Проект: LCRD ( Laser
Communications Relay
Demonstration) , 2021
https://pikabu.ru/story/nasa_gotovit_k_zapusku_proekt_lcrd__demonstrator_retranslyatora_lazernoy_kosmich
08:29
175
eskoy_svyazi_8556981?ysclid=l6kpogmcm6680164745

176.

Барьеры развития – научные и технологические
Требуемая точность наведения антенной системы.
По оси абсцисс – диаметр антенной системы, по оси ординат - частота несущей сигнала.
Trends
in satellite communications and the role of optical freespacecommunications / M. Toyoshima // Journal of Optical Networking.–
08:29
176
2005.– Vol. 4.– P. 300–311.

177.

Барьеры развития – научные и технологические
Реконструкция волнового фронта, содержащего турбулентные искажения
оптического излучения.
1. Scintillation reduction using multiple transmitters / I. I. Kim, H. Hakakha, P. Adhikari, E. Korevaar, A. K. Majumdar // Proc. IX FreeSpace Laser Communications Technologies.– 1997.– Vol. 2990.
08:29
177
2. https://subscribe.ru/group/klub-lyubitelej-kosmosa/14974058/

178.

08:29
https://myslide.ru/presentation/skachat-speklinterferometriya--aktivnaya-i-adaptivnaya-optika
178

179.

Барьеры развития – научные и технологические
Создание «прозрачного» интерфейса, т.е. не требующего изменения передаваемых
через него характеристик сигналов и структуры данных, на космическом
аппарате при необходимости преобразования сигнала оптического диапазона в
радио и наоборот.
Высокоскоростные линии связи, построенные на оптоволокне, базируются на
принципах модуляции сигналов. «Прозрачность» достигается путем реализации
аналоговой оптической линии.
Цифровая оптическая линия может обеспечивать некоторую «прозрачность», если
сигнал радио диапазона оцифрован с достаточно высокой частотой дискретизации.
Ещё одним из вариантов повышения эффективности при использовании
вышеуказанного способа, является заблаговременное разложение радиосигнала на
составляющие (FDM и I-Q компоненты) с последующей отдельной оцифровкой
каждого компонента.
08:29
Развитие
фотоники в России и мире : публичн. аналит. доклад.– М.: Битуби, 2016.–432 с. : ил.
179

180.

Технологии фотоники для спутниковой навигации
Прецизионная метрология чрезвычайно важна для обеспечения
прогресса в следующих приложениях:
• фундаментальные исследования, использующие прецизионные
измерения;
• связь, включая космическую, использующая высокую скорость
передачи данных на большие расстояния;
глобальные
спутниковые
навигационные
системы
ГЛОНАСС/GPS, применяющие точные измерения времени.
08:29
National Research Council, 2013, Optics and Photonics: Essential Technologies for Our Nation
180

181.

Атомные часы оптического диапазона
Преимущества:
• При приблизительно одинаковой абсолютной погрешности частоты,
относительная точность может быть улучшена на несколько порядков.
• При делении оптической частоты до радиодиапазона относительная
точность сохраняется.
Недостатки:
•Пропорционально частоте увеличивается влияние эффекта Доплера и
эффекта отдачи → уменьшаются стабильность и точность.
•Деление оптической частоты в 105 раз – технически нетривиальный
процесс.
А.В. Тайченачев, В.И. Юдин, С.Н. Багаев Сверхточные оптические часы на ультрахолодных атомах и ионах:состояние и
08:29
перспективы
181

182.

А.В. Тайченачев, В.И. Юдин, С.Н. Багаев Сверхточные оптические часы на ультрахолодных атомах и ионах: состояние и
08:29
182
перспективы

183.

Цезиевые атомные часы пучкового типа
Секунда равна 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между
двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.
А.В. Тайченачев, В.И. Юдин, С.Н. Багаев Сверхточные оптические часы на ультрахолодных атомах и ионах:состояние и перспективы
08:29
183
https://www.techinsider.ru/technologies/228191-o-sekundakh-svysoka/?ysclid=l6kxy5tkpd876380690

184.

Относительная точность атомных часов СВЧ против
оптических
А.В. Тайченачев, В.И. Юдин, С.Н. Багаев Сверхточные оптические часы на ультрахолодных атомах и ионах:состояние и
08:29
перспективы
184

185.

Фонтанный эталон частоты на холодных атомах
https://www.techinsider.ru/technologies/228191-o-sekundakh-svysoka/?ysclid=l6kxy5tkpd876380690
08:29
185

186.

Водородный квантовый генератор (мазер)
Демидов Н., Васильев В. Водородные стандарты частоты и времени. Современное состояние и перспективы развития.
08:29
186
file:///C:/Users/User/Downloads/article_410_997.pdf

187.

Молекулярный квантовый генератор на пучке молекул
аммиака
Устройство квантового генератора (усилителя) на молекулах аммиака. 1 - кожух; 2 - испаритель; 3 квадрупольный конденсатор; 4 - резонатор; 5 - входная линия; 6 - выходная линия; 7 - сосуд с жидким азотом
08:29
http://rateli.ru/books/item/f00/s00/z0000001/st010.shtml
187

188.

Основные направления исследований и их применений
Группа разработчиков Управления национальной космической безопасности (США)
определила потенциальные средства и технологии для обеспечения решения задач КВНО
(координатно-временное и навигационное обеспечение).
Определено 50 перспективных технологических решений КВНО.
• Использование малогабаритных атомных часов;
• использование оптических часов на основе атомных переходов на оптических частотах,
• установка лазерных ретрорефлекторов на все КА и использование наземных средств
лазерного слежения в целях улучшения моделей спутниковых орбит для повышения
точности определения параметров орбит;
• точная калибровка устройств, передающих сигналы времени, в том числе и бортовой
аппаратуры КА, передающей информацию о времени в навигационном сигнале;
• связь элементов ГНСС через лазерные межспутниковые каналы передачи;
National
Positioning, Navigation, and Timing Architecture Study, Final Report, National Security Space Offi ce, September
08:29
188
2008.

189.

Основные направления исследований и их применений
• обеспечение дополнительных бортовых источников КВНО;
• формирование средств временного обеспечения, передающих временную информацию
по оптоволоконному каналу связи;
• создание единого сервиса ГНСС, который мог бы обеспечить сантиметровую точность в
режиме, близком к реальному времени, и миллиметровую точность в режиме
постобработки, а также данные целостности в реальном времени;
• организация высокоточного ЭВО потребителей, использующих все доступные сигналы
для обеспечения навигационного решения.
Влияние на точность взаимной синхронизации КА спутниковых навигационных систем
оказывают три основных фактора:
• точностные характеристики системной шкалы времени, которые определяются
технологией ее реализации – стабильностью составляющих ее хранителей времени,
методами их сличения и построения групповой шкалы времени;
National
Positioning, Navigation, and Timing Architecture Study, Final Report, National Security Space Offi ce, September
08:29
189
2008.

190.

Технологии фотоники для спутниковой навигации
Космические бортовые оптические эталоны времени
Снижают необходимость обновления параметров бортового эталона времени и
соответственно повышает автономность КА. Это приведет к существенному
повышению точности определения местоположения для потребителей системы.
В атомным оптическим эталонам времени даются рекомендации по параллельной
разработке четырех различных вариантов оптических атомных часов [1]:
• оптические атомные часы с ионными ловушками на основе 88 Sr+ [2];
• оптические атомные часы на основе решетки атома стронция [3];
• оптические атомные часы с ионными ловушками на основе квантовой логики,
использующие 27Al+;
• оптические атомные часы на основе пространственной решетки атома ртути.
1. Гуров М.Г., Гурова Е.Г., Оптические часы на ионах и нейтральных атомах [Электронный ресурс] / М. Г. Гуров, Е. Г. Гурова // Контенант:
электрон. науч.-техн. журн. – 2014. – Т. 1, № 4. / [Электронный ресурс] // URL: http://www.contenant.ru/1electron_mag/magazine/.
2. Benjamin J. Bloom, Building a Better Atomic Clock // A thesis submitted to the University of Colorado in partial fulfi llment of the requirements for the
degree of Doctor of Philosophy Department of Physics, 2014, [Электронный ресурс] // URL: https://jila.colorado. edu/sites/default/fi les/assets/fi
les/publications/BenBloom_Thesis 447. pdf
3. N.08:29
Poli, M. Schioppo, S. Vogt, St. Falke, U. Sterr, Ch. Lisdat, G. M. Tino; A transportable strontium optical lattice clock // Appl. Phys. B DOI 190
10.1007/s00340-014-5932-9, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2014.

191.

Преимущества шкалы времени, основанной на
пульсарах
• Возможность надежного наблюдения источника имеющимися или перспективными
астрономическими инструментами с требуемой точностью решения задач
потенциальным потребителем;
• длительность времени жизни источника, обеспечивающая требования потребителя;
• высокая точность описания (экстраполяции) аналитической моделью моментов
прихода импульсов излучения (высокая стабильность наблюдаемого периода
излучения, или прогнозируемость;
• меньшая величина периода излучений, чем требуемый период синхронизации шкалы
времени потребителя;
• высокая степень распознаваемости вариаций электромагнитного излучения.
Пономарев А.К., Романов А.А., Тюлин А.Е. Фотонные технологии в космическом приборостроении//Ракетнокосмическое приборостроение и информационные системы//2016.-Т.3.-В.2., С.4-23.
08:29
191

192.

Функциональная система пульсарного времени
Шабанова и др., 1979; Ильин, Илясов, 1985; Il’in et al., 1986; Илясов и др, 1989
Родин А.Е. Прецизионная астрометрия пульсаров в присутствии низкочастотных шумов. Диссерт. на соиск.
уч. Степени к.ф.-м.н., Москва, 2000
08:29
192
https://en.ppt-online.org/266424

193.

Биомедицинские приложения
фотоники
08:29
193

194.

Биомедицинские приложения фотоники
Миниатюрные интегрированные носители оптоэлектронных датчиков,
соединенных с информационными сетями, способны совершить
переворот в биологии и здравоохранении.
Ранняя диагностика опасных заболеваний, таких как рак, делает
биофотонику привлекательным инструментом.
Развитие персонализированной приведет к существенному повышению
качества диагностики и лечения, и сделает возможной реализацию
концепции превентивной медицины.
08:29
194

195.

Спектроскопия комбинационного рассеяния
• Инфракрасная (ИК) спектроскопия;
• спектроскопия комбинационного рассеяния
(КР-спектроскопия,
или
рамановская
спектроскопия);
• методе поверхностного плазмонного резонанса
(ППР);
• микроскопией
(МСР) (стр.54)
08:29
сверхвысокого
разрешения
195

196.

Инфракрасная (ИК) спектроскопия
08:29
https://cdn.slideserve.com/jase/5790936
196

197.

Спектроскопия комбинационного рассеяния
08:29
197
https://slide-share.ru/spektroskopiya-kombinacionnogo-rasseyaniya-sveta-pri-izuchenii-lipidov-modelnikh-445904

198.

Спектроскопия поверхностно-усиленного
рамановского рассеяния
Б.Г. Андрюков, А.А. Карпенко, Е.В. Матосова, И.Н. Ляпун. Рамановская спектроскопия — современная
диагностическая технология для изучения и индикации возбудителей инфекций (обзор)
08:29
http://www.stm-journal.ru/ru/numbers/2019/4/1596/html
198

199.

Метод гигантского комбинационного рассеяния
(SERS)
08:29
Браже Н.А. Применение спектроскопии гигантского (поверхностно-усиленного) комбинационного
199
рассеяния (SERS) для био-медицинских исследований.

200.

Метод гигантского комбинационного рассеяния
(SERS)
08:29
Браже Н.А. Применение спектроскопии гигантского (поверхностно-усиленного) комбинационного
200
рассеяния (SERS) для био-медицинских исследований.

201.

08:29
https://ppt-online.org/574289
201

202.

Гигантское комбинационное рассеяние
Б.Г. Андрюков, А.А. Карпенко, Е.В.
Матосова, И.Н. Ляпун. Рамановская
спектроскопия — современная
диагностическая технология для изучения и
индикации возбудителей инфекций (обзор)
http://www.stmjournal.ru/ru/numbers/2019/4/1596/html
08:29
202

203.

Метод поверхностного плазмонного
резонанса (ППР)
08:29
203

204.

Микроскопия сверхвысокого разрешения
08:29https://biomolecula.ru/articles/luchshe-odin-raz-uvidet-ili-mikroskopiia-sverkhvysokogo-razresheniia
204

205.

Микроскопия сверхвысокого разрешения
55
STED (STimulated Emission Depletion, метод подавления спонтанного
испускания)
https://biomolecula.ru/articles/luchshe-odin-raz-uvidet-ili-mikroskopiia-sverkhvysokogo-razresheniia
08:29
205

206.

Микроскопия сверхвысокого разрешения
STED (STimulated Emission Depletion, метод подавления спонтанного
испускания)
Cубдифракционное разрешение
55
Imax — применяемая интенсивность STEDлазера, Isat— интенсивность, которая
необходима для 50% вынужденной
эмиссии. Увеличение Imaxдо высоких
значений способствует быстрому
фотовыцветанию образца, поэтому для
увеличения разрешения можно уменьшить
Isat, которая обратно пропорциональна
времени жизни флуорофора.
08:29
206
https://biomolecula.ru/articles/luchshe-odin-raz-uvidet-ili-mikroskopiia-sverkhvysokogo-razresheniia

207.

Конфокальная микроскопия
55
08:29
Штейн Г.И. Руководство по конфокальной микроскопии//С.-Петербург, 2007.
http://old.incras.ru/books/stein_rucovodstvo_2007.pdf
207

208.

Нелинейная микроскопия (двухфотонная
томография)
https://yandex.ru/images/search?pos=2&img_url=https%3A%2F%2Fpresent5.com%2Fpresentation%2F3%2F34888169_232370739.pdf-img%2F-34888169_232370739.pdf66.jpg&text=%D0%BD%D0%B5%D0%BB%D0%B8%D0%BD%D0%B5%D0%B9%D0%BD%D0%B0%D1%8F%20%D0%BC%D0%
08:29
208
B8%D0%BA%D1%80%D0%BE%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%BF%D0%B8%D1%8F&lr=213&rpt=simage&source=serp

209.

Методы фототерапии
Светолечение,
или фототерапия —
применение с лечебными и профилактическими целями
электромагнитных колебаний оптического диапазона (света),
включающих инфракрасное, видимое и ультрафиолетовое излучения.
Особое место в фототерапии занимает лазер-терапия.
Оптические свойства биологических тканей
При взаимодействии с поверхностью тела часть оптического излучения:
1) отражается,
2) другая рассеивается во все стороны,
3) третья поглощается,
4) четвертая проходит сквозь различные слои биологических тканей.
http://www.stgau.ru/company/personal/user/13442/files/lib/%D0%A4%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D0%BE%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D0%BF
%D0%B8%D1%8F%204%20%D0%BA%D1%83%D1%80%D1%81/%D0%A1%D0%B2%D0%B5%D1%82%D0%BE%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D0%B
08:29
209
F%D0%B8%D1%8F%20%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%86%D0%B8%D1%8F.pdf?ysclid=l6xorojefl810647040

210.

Методы фототерапии
08:29
https://docs.yandex.ru/docs/view?tm=1646752739&tld=ru&lang=ru&name
210

211.

Методы фототерапии
Лечебный эффект
1) Биостимулирующее действие: активизация митозов клеток, накопление
богатых энергией фосфатов, ускорение потребления кислорода и глюкозы
тканями.
2) Стимулирует выполнение специфических функций клетками
(рецепторная, транспортная, барьерная)
3) Противовоспалительное действие
4) Противоотечное действие
5) Стимулирует ииммунную систему, заметно активизирует фагоцитоз,
увеличивается содержание лимфоцитов,
моноцитов и эозинофильных гранулоцитов
в облученных
6) Оказывает болеутоляющее действие
7)В целом повышает защитные силы организма.
http://www.stgau.ru/company/personal/user/13442/files/lib/%D0%A4%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D0%BE%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D0%BF
%D0%B8%D1%8F%204%20%D0%BA%D1%83%D1%80%D1%81/%D0%A1%D0%B2%D0%B5%D1%82%D0%BE%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D0%B
08:29
211
F%D0%B8%D1%8F%20%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%86%D0%B8%D1%8F.pdf?ysclid=l6xorojefl810647040

212.

Методы фототерапии
Лечебный эффект
1) Биостимулирующее действие: активизация митозов клеток, накопление
богатых энергией фосфатов, ускорение потребления кислорода и глюкозы
тканями.
2) Стимулирует выполнение специфических функций клетками
(рецепторная, транспортная, барьерная)
3) Противовоспалительное действие
4) Противоотечное действие
5) Стимулирует ииммунную систему, заметно активизирует фагоцитоз,
увеличивается содержание лимфоцитов,
моноцитов и эозинофильных гранулоцитов
в облученных
6) Оказывает болеутоляющее действие
7)В целом повышает защитные силы организма.
http://www.stgau.ru/company/personal/user/13442/files/lib/%D0%A4%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D0%BE%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D0%BF
%D0%B8%D1%8F%204%20%D0%BA%D1%83%D1%80%D1%81/%D0%A1%D0%B2%D0%B5%D1%82%D0%BE%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D0%B
08:29
212
F%D0%B8%D1%8F%20%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%86%D0%B8%D1%8F.pdf?ysclid=l6xorojefl810647040

213.

Методы фототерапии
Инфракрасное излучение
В физиотерапии используют ближнюю область инфракрасного
излучения с длиной волны от 2 мкм до 760 нм, получаемую с помощью
искусственных источников света, эти лучи поглощаются на глубине до 1 см.
Более длинные инфракрасные лучи проникают на 2—3 см глубже.
Энергия инфракрасных лучей относительно невелика, при их поглощении
наблюдается в основном усиление колебательных и вращательных движений
молекул и атомов, т.е. броуновское движение.
Испускают все нагретые предметы, чем выше температура предмета, тем
сильнее излучение. Чем больше длина волны, тем глубже проникающая
способность светового излучения. ИК не задерживаются оконным стеклом и
проникают до 10 см в мягкие ткани.
Все это в первую очередь приводит к образованию тепла, поэтому
инфракрасные лучи еще называют калорическими, или тепловыми.
http://www.stgau.ru/company/personal/user/13442/files/lib/%D0%A4%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D0%BE%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D0%BF
%D0%B8%D1%8F%204%20%D0%BA%D1%83%D1%80%D1%81/%D0%A1%D0%B2%D0%B5%D1%82%D0%BE%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D0%B
08:29
213
F%D0%B8%D1%8F%20%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%86%D0%B8%D1%8F.pdf?ysclid=l6xorojefl810647040

214.

Методы фототерапии
Ультрафиолетовое излучение
А (400—320 нм); В (320—280 нм); С (280—180 нм)
Наибольшую проникающую способность имеет ДУФ-излучение.
В то же время КУФ-лучи превосходят другие виды излучений в
энергетическом отношении.
Наиболее активным и разнообразным биологическим действием
обладают средневолновые УФ-лучи.
http://www.stgau.ru/company/personal/user/13442/files/lib/%D0%A4%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D0%BE%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D0%BF
%D0%B8%D1%8F%204%20%D0%BA%D1%83%D1%80%D1%81/%D0%A1%D0%B2%D0%B5%D1%82%D0%BE%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D0%B
08:29
214
F%D0%B8%D1%8F%20%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%86%D0%B8%D1%8F.pdf?ysclid=l6xorojefl810647040

215.

Методы фототерапии
Лазертерапия
— это использование с лечебно-профилактическими целями
низкоэнергетического лазерного излучения
Красный свет лазера проникает от 2 мм до 2 см в ткани и очень
интенсивно при этом поглощается клетками (прежде всего крови,
где и проявляет свои спецэффекты).
Инфракрасный лазерный луч проникает глубже (до 8 см), но при
этом теряет ряд своих уникальных свойств.
Кроме того, отражение – основная причина потери энергии
лазерного излучения, которая может составлять от 15 до 20%.
http://www.stgau.ru/company/personal/user/13442/files/lib/%D0%A4%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D0%BE%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D0%BF
%D0%B8%D1%8F%204%20%D0%BA%D1%83%D1%80%D1%81/%D0%A1%D0%B2%D0%B5%D1%82%D0%BE%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D0%B
08:29
215
F%D0%B8%D1%8F%20%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%86%D0%B8%D1%8F.pdf?ysclid=l6xorojefl810647040

216.

Методы фототерапии
Лазерное облучение:
1) ускоряет заживление ран,
2) увеличивает активность обменных процессов в ране,
3) способствует торможению перекисного окисления липидов,
4) бактерицидный эффект,
5) активирует гормональное и медиаторное звенья общей
адаптационной системы,
6) стимулирует регенерацию костной ткани,
7) улучшается регенерация нервной ткани, снижает импульсную
активность болевых рецепторов,
8) противовоспалительный эффект ,
9) стимуляция эндокринной системы
http://www.stgau.ru/company/personal/user/13442/files/lib/%D0%A4%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D0%BE%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D0%BF
%D0%B8%D1%8F%204%20%D0%BA%D1%83%D1%80%D1%81/%D0%A1%D0%B2%D0%B5%D1%82%D0%BE%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D0%B
08:29
216
F%D0%B8%D1%8F%20%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%86%D0%B8%D1%8F.pdf?ysclid=l6xorojefl810647040

217.

Системы адресной доставки лекарств, фототерапии
и хирургии
08:29
217

218.

Системы адресной доставки лекарств, фототерапии
и хирургии
Перспективы фотоники и фотоаккустики
• Доставка биологически активных веществ через барьеры (лазерная
перфорация кожи, инъекции при проведении эндоскопических
операции).
• Комбинация акустического и лазерного воздействий, как для
считывания информации с биосенсоров, так и для реализации
дистанционного высвобождения инкапсулированных веществ.
• Доставка биологически активных веществ через барьеры (лазерная
перфорация кожи, инъекции при проведении эндоскопических
операции).
Развитие
фотоники в России и мире : публичн. аналит. доклад.– М.: Битуби, 2016.–432 с.
08:29
218

219.

Основные направления современных исследований
Требования к системам доставки биологически активных веществ
• Биосовместимость;
• биодеградируемость;
• навигация и визуализация in vivo;
• доставка биологически активных веществ;
• нахождение и определение биологически важных маркеров;
• дистанционное высвобождение биологически активных веществ с помощью
внешних воздействий с реализацией обратной связи в зависимости от
концентрации маркеров, например, высвобождение инсулина в зависимости от
концентрации глюкозы.
08:29
219

220.

Задачи для создания нового типа умных
носителей-контейнеров
• создание контейнеров и инкапсуляцию биоактивных
веществ;
• наведение и визуализацию (до и после деградации и
деструкции);
• детектирование физиологических маркеров;
• дистанционное высвобождение биоактивных веществ с
помощью внешних воздействий.
08:29
220

221.

Подходы для адресной доставки лекарств
• золь-гель метод [1];
• полимеризация миниэмульсий [2];
• метод последовательной адсорбции [3] позволит разработать
материалы и создать микрокапсулы с чувствительностью к
внешним воздействиям.;
• инициируемая ультразвуком полимеризация эмульсии [4];
• электроспрей [5];
• электроформование [6].
1.
Catauro, M., Bollino, F., Papale, F. Synthesis of SiO2 system via sol-gel process: Biocompatibility tests with a fibroblast strain andrelease kinetics / M. Catauro, F. Bollino, F.
Papale, // Journal of Biomedical Materials Research Part A -2014 – Vol. 102, № 6 – pp. 1677–1680.
2. Landfester, K. (2013). Nanocapsules with specifi c targeting and release properties using miniemulsion polymerization / K. Landfester, V. Mailдnder // Expert opinion on
drug delivery – 2013 – Vol. 10, № 5 – pp. 593–609.
3. Tong, W. Layer-by-layer assembly of microcapsules and their biomedical applications/ W. Tong, X. Song, C. Gao // Chemical Society Reviews -2012 – Vol. 41, № 18 – pp.
6103–6124.
4. Bhanvase, B. A. Ultrasound assisted in situ emulsion polymerization for polymer nanocomposite: A review / B. A. Bhanvase, S. H. Sonawane // Chemical Engineering and
Processing: Process Intensifi cation -2014 – № 85 – pp. 86–107.
5. 189.
Sridhar, R. Electrosprayed nanoparticles for drug delivery and pharmaceutical applications/ Sridhar, R., & Ramakrishna, S. // Biomatter– 2013 – Vol. 3, № 3 – pp.
e24281.
6. 08:29
Hell, S. W. Concepts for nanoscale resolution in fl uorescence microscopy/ S. W. Hell, M. Dyba, S. Jakobs // Curr. Opin. Neurobiol.–2004 – № 14, – pp. 599–609. 221

222.

Принцип работы оптического пинцета
1. https://yandex.ru/images/search?pos=0&img_url=https%3A%2F%2Fiz.ru%2Fsites%2Fdefault%2Ffiles%2Finline%2F%25D0%25A1%25D0%25BD%25D0%25B8%25D0%25BC%25D0%2
5BE%25D0%25BA%2520%25D1%258D%25D0%25BA%25D1%2580%25D0%25B0%25D0%25BD%25D0%25B0%25202018-1003%2520%25D0%25B2%25201.12.29.png&text=%D0%BE%D0%BF%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9%20%D0%BF%D0%B8%D0%BD%D1%86%D
0%B5%D1%82%20%D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%86%D0%B8%D0%BF%20%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D1%8B&lr=213&rpt=simage&source=serp
2. https://scienceforum.ru/2021/article/2018025729
08:29
222

223.

Методы визуализации систем доставки лекарств
Методы визуализации систем доставки лекарств: магнитно-резонансная
томография [1], ультразвуковая [2] и фотоакустическая визуализация [3, 4],
рентгеновская томография [5], трехмерная диффузная флуоресцентная томография
[6].
Медоды должны обеспечивать высокую чувствительность и избирательность к
детектируемым веществам, обладать возможностью дистанционного
считывания с минимальным воздействием на организм и способностью
совмещения с современными мобильными устройствами [7].
1.
, S. Sonosensitive theranostic liposomes for preclinical in vivo MRI-guided visualization of doxorubicin release stimulated by pulsed low intensity non-focused ultrasound /
S. Rizzitelli, P. Giustetto, J. C. Cutrin, D.D. Castelli, C. Boff a, M. Ruzza, V. Menchise, F. Molinari, S. Aime, E. Terreno // Journal of Controlled Release –2015 – № 202 – pp. 21–
30.
2. Szabo, T. L. Diagnostic Ultrasound Imaging: Inside Out /T. L. Szabo; – Elsevier press, 2014.– 549 p.– ISBN 0-12-680145-2.
3. Kruger, R. A. Photoacoustic ultrasound / R. A. Kruger // Med. Phys.– 1994 – vol. 21, № 1 – pp. 127–131.
4. Oraevsky, A. A. Measurement of tissue optical properties by time-resolved detection of laser-induced transient stress /A. A. Oraevsky, S. L. Jacques, F. K. Tittel // Appl. Opt.–
1997 – vol. 36, № 1 – pp. 402–415.
5. Wang, Q. X-ray Visible and Uniform Alginate Microspheres Loaded with in Situ Synthesized BaSO4 Nanoparticles for in Vivo Transcatheter Arterial Embolization / Q. Wang,
K. Qian, S. Liu, Y. Yang, B. Liang, C. Zheng, X. Yang, H. Xu, A. Q. Shen // Biomacromolecules –2015 – Vol. 16, № 4 – pp. 1240–1246.
6. Erickson, S. J. Three-dimensional fl uorescence tomographyof human breast tissues in vivo using a hand-held optical imager/ S. J. Erickson, S. L. Martinez, J. DeCerce, A.
Romero, L. Caldera, A. Godavarty // Physics in medicine and biology – 2013 – Vol. 58, № 5 – pp. 1563–1579.
7. Stetciura, I. Y. Composite SERS-based satellites navigated by optical tweezers for single cell analysis / I. Y. Stetciura, A. Yashchenok, A. Masic, E. V. Lyubin, O. A. Inozemtseva,
08:29
223
M. G. Drozdova, E. A. Markvichova, B.N. Khlebtsov, A. A. Fedyanin, G. B. Sukhorukov, D. A. Gorin, D. Volodkin // Analyst – 2015 – № 140 – pp. 4981–4986.

224.

Фотоакустическая визуализация
08:29
1.
Photoacoustic imaging of breast cancer//https://opticimage.engin.umich.edu/research/photoacoustic-imaging-of-breast-cancer/
224

225.

Трехмерная диффузная флуоресцентная томография
1.
08:29Диффузная флуоресцентная томография для ранней диагностики
//ракаhttps://vechnayamolodost.ru/articles/drugienaukiozhizni/diffflutom2fa6/?ysclid=l6yplx81lv821016052
225

226.

Квантовый усилитель поверхностных
плазмонов (спазер)
1. Galanzha, E. I. Spaser as Novel Versatile Biomedical Tool [Электронный ресурс] / E. I. Galanzha, R. Weingold, D. A. Nedosekin, M. Sarimollaoglu, A. S. Kuchyanov, R. G.
08:29Parkhomenko, A. I. Plekhanov, M. I. Stockman, V. P. Zharov // – 2015. arXiv: 1501.00342
226

227.

Технологические трудности
• Отставание в технологии создания мощных импульсных лазерных систем нано- и
фемтосекундном диапазоне, работающих в окне прозрачности биотканей;
• необходимость подбора длительности импульса и мощности воздействия для
конкретного хирургического вмешательства;
• трудности синтеза наночастиц, позволяющих снизить мощность лазерного
воздействия;
• разработка спазеров с параметрами, оптимальными для биомедицинских;
• создание эффективных каркасов для тканевого;
• дистанционное изучение процессов метаболизма при выращивании тканей и, в
перспективе, органов с помощью фотонных технологий;
• реализация пространственного перемещения клеток и тканей с помощью фотонных
технологий.
08:29
Развитие фотоники в России и мире : публичн. аналит. доклад.– М.: Битуби, 2016.–432 с. : ил.
227

228.

Оптические технологии в вычислительной
технике
08:29 Развитие фотоники в России и мире : публичн. аналит. доклад.– М.: Битуби, 2016.–432 с. : ил.
228

229.

Преимущества оптических технологий
• Частота оптического излучения составляет 1012…1016 Гц, что позволяет создать до 105
информационных каналов со спектральной шириной 100 ГГц;
• Передача информации фотонами происходит действительно со скоростью света в
веществе c / n , скорость распространения электрического импульса по чипу
определяется временем перезарядки цепи и реально составляет величину в 20-30 раз
меньше;
• Большое число световых пучков могут свободно проходить по одной и той же
области пространства, пересекаться и из-за отсутствия у фотонов электрического
заряда не влиять друг на друга;
• Использование двумерного (изображения) и трехмерного (голограммы) характера
световых полей позволяет значительно увеличить плотность и скорость передачи
информации;
08:29
Кирчанов В.С. Физические основы нанотехнологий фотоники и оптоинформатики/Пермь. Изд-во Перм. нац. иссл. политех. ун-та 2019- 221с.
229

230.

Преимущества оптических технологий
• Возможна когерентная обработка информации с использованием фазовых
соотношений;
• Два состояния поляризации (горизонтальная и вертикальная или круговая, по левому
или правому кругу) увеличивают вдвое объем переносимой информации;
• Возможность использования совершенно разных сред передачи, хранения и
обработки информации.
• Информация, которая закодирована оптическим лучом, может передаваться без
дополнительных затрат энергии.
• Обработка информации возможна во время ее передачи через оптическую систему,
которая реализует вычислительную среду.
• Можно параллельно передавать целые изображения за один световой пучок.
• Оптическая система практически не излучает во внешнюю среду, обеспечивая защиту
от перехвата информации и нечувствительна к электромагнитным помехам.
08:29
Кирчанов В.С. Физические основы нанотехнологий фотоники и оптоинформатики/Пермь. Изд-во Перм. нац. иссл. политех. ун-та 2019- 221с.
230

231.

Направления развития оптических методов
143
1. Использование аналоговых оптических вычислений для решения большого класса
задач, связанных с необходимостью быстрого выполнения интегральных
преобразований.
2. Использованием оптических соединений трактов для передачи сигналов на
различных ступенях иерархии элементов и устройств вычислительной техники.
Места электрического соединений в современных ЭВМ - наименее надёжные
элементы в их конструкции. Переход к гибридным (оптоэлектронным) системам одно из возможных решений проблемы.
3. Разработка ОК связано с созданием оптических элементов на основе явления
оптической бистабильности. Построение ОК, в котором носителем информации на
всех этапах её обработки и передачи является только оптическое излучение,
исключает необходимость многократного преобразования электрической энергии в
световую и обратно.
08:29
Кирчанов В.С. Физические основы нанотехнологий фотоники и оптоинформатики/Пермь. Изд-во Перм. нац. иссл. политех. ун-та 2019- 221с.
231

232.

Оптические компьютеры
144
Кирчанов В.С. Физические основы нанотехнологий фотоники и оптоинформатики/Пермь. Изд-во Перм. нац. иссл. политех. ун-та 2019- 221с.
https://yandex.ru/images/search?pos=1&img_url=https%3A%2F%2Ftextarchive.ru%2Fimages%2F1095%2F2188347%2Fa123a85e.jpg&text=Enlight256&lr=213&rpt=simage&so
08:29
232
urce=serp

233.

Оптические логические устройства на основе
оптической бистабильности
Пассивные нелинейные резонаторы-интерферометры
16_(39) 3
145
«Не» в отраженном луче
Кирчанов В.С. Физические основы нанотехнологий фотоники и оптоинформатики/Пермь. Изд-во Перм. нац. иссл. политех. ун-та 2019- 221с.
08:29
В.Н. Ручкин,
В.А. Романчук, В.А. Фулин Естественный параллелизм квантовых компьютеров и нейросетей
233

234.

Оптические логические устройства на основе
оптической бистабильности
16_(39) 4
145
Логические функциями «И», «ИЛИ», «НЕТ», «ДА»
Такой набор элементов является достаточным для синтеза более сложных блоков.
Кирчанов В.С. Физические основы нанотехнологий фотоники и оптоинформатики/Пермь. Изд-во Перм. нац. иссл. политех. ун-та 2019- 221с.
08:29
В.Н. Ручкин,
В.А. Романчук, В.А. Фулин Естественный параллелизм квантовых компьютеров и нейросетей
234

235.

Оптический RS-триггер
16_(39) 4
146
Оптический RS-триггер
Инвертирование
дополнительным
элементом
«НЕ».
Кирчанов В.С. Физические основы нанотехнологий фотоники и оптоинформатики/Пермь. Изд-во Перм. нац. иссл. политех. ун-та 2019- 221с.
08:29
В.Н. Ручкин,
В.А. Романчук, В.А. Фулин Естественный параллелизм квантовых компьютеров и нейросетей
235

236.

Оптический RS-триггер
16_(39) 4
146
Симметричная схема с двумя функциями «НЕ»
Введённая в систему жёсткая положит. обратная связь приводит к тому, что первый из элементов
устойчиво находится во включённом состоянии, если второй в выключенном, и наоборот.
Кирчанов
В.С. Физические основы нанотехнологий фотоники и оптоинформатики/Пермь. Изд-во Перм. нац. иссл. политех. ун-та 2019- 221с.
08:29
В.Н. Ручкин, В.А. Романчук, В.А. Фулин Естественный параллелизм квантовых компьютеров и нейросетей
236

237.

Трансфазор
14
Коэффициент отражения зеркал 90%.
Показатель преломления зависит от интенсивности n = n0 + n2I
08:29
Молодяков С.А, Иванов С.И., Лавров А.П. Основы оптической обработки информации.- СПб, 2012.
237

238.

Трансфазор
Конструктивная интерференция – разность фа прямого и обратного пучков 2 . Оптическая
2517
длина резонатора (L=l·n), L=k· /2
14
Деструктивная интерференция – разность фаз прямого и обратного пучков (2n+1) . Оптическая
длина резонатора, L=(k+0,5)· /2
Молодяков С.А, Иванов С.И., Лавров А.П. Основы оптической обработки информации.- СПб, 2012.
08:29
https://dfe.petrsu.ru/koi/posob/optproc/optidigi.html
238

239.

Волноводные логические элементы
Волноводные
оптические
элементы
Молодяков
С.А, Иванов С.И., Лавров А.П. Основы оптической обработки информации.- СПб, 2012.
08:29
2517
15
239

240.

Оптические компьютеры
Кирчанов
В.С. Физические основы нанотехнологий фотоники и оптоинформатики/Пермь. Изд-во Перм. нац. иссл. политех. ун-та 2019- 221с..
08:29
240

241.

Аналоговые вычисления
Кирчанов
В.С. Физические основы нанотехнологий фотоники и оптоинформатики/Пермь. Изд-во Перм. нац. иссл. политех. ун-та 2019- 221с..
08:29
241

242.

Аналоговая инверсия и масштабирование
Кирчанов
В.С. Физические основы нанотехнологий фотоники и оптоинформатики/Пермь. Изд-во Перм. нац. иссл. политех. ун-та 2019- 221с..
08:29
242

243.

Аналоговые процессоры
Кирчанов
В.С. Физические основы нанотехнологий фотоники и оптоинформатики/Пермь. Изд-во Перм. нац. иссл. политех. ун-та 2019- 221с..
08:29
243

244.

Фотонный АЦП
08:29
П.О.Якушенков Оптические интегральные схемы //63Photonics No 8 / 68 / 2017 - file:///C:/Users/User/Downloads/article_6420_509.pdf
244

245.

Enlight 256 на интегральной схеме
08:29
П.О.Якушенков Оптические интегральные схемы //63Photonics No 8 / 68 / 2017 - file:///C:/Users/User/Downloads/article_6420_509.pdf
245

246.

Спасибо за внимание!
08:29
246