Фотоника что это такое: Что такое фотоника? Факультет фотоники – Университет ИТМО

Содержание

фотоника

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

Описание

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

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

Центральными областями исследований фотоники являются:

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

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


Авторы
  • Разумовский Алексей Сергеевич
  • Наний Олег Евгеньевич

Напишите нам

  • А
  • Б
  • В
  • Г
  • Д
  • Ж
  • З
  • И
  • К
  • Л
  • М
  • Н
  • О
  • П
  • Р
  • С
  • Т
  • У
  • Ф
  • Х
  • Ц
  • Ч
  • Ш
  • Э
  • Я
  • A
  • B
  • C
  • D
  • E
  • F
  • G
  • H
  • I
  • J
  • K
  • L
  • M
  • N
  • O
  • P
  • Q
  • R
  • S
  • T
  • U
  • V
  • W
  • X
  • Z

Фотоника | это.

.. Что такое Фотоника?

Фотоника 

  1. фотоника — это наука о генерации, управлении и обнаружении фотонов, особенно в видимом и ближнем инфракрасном спектре, а также о их распространении на ультрафиолетовой (длина волны 10…380 нм), длинноволновой инфракрасной (длина волны 15…150 мкм) и сверхинфракрасной части спектра (например, 2…4 ТГц соответствует длине волны 75…150 мкм), где сегодня активно развиваются квантовые каскадные лазеры.
  2. фотоника также может быть охарактеризована как область физики и технологии, связанная с излучением, детектированием, поведением, последствиями существования и уничтожения фотонов. Это означает, что фотоника занимается контролем и преобразованием оптических сигналов и имеет широкое поле для своего применения: от передачи информации через оптические волокна до создания новых сенсоров, которые модулируют световые сигналы в соответствии с малейшими изменениями окружающей среды.
    [1]
  3. Термин «фотоника» в области современной оптики наиболее часто обозначает
    • возможность создания фотонных технологий обработки сигналов
    • то же самое, что «электроника»

Некоторые источники[2] отмечают, что термин «оптика» постепенно заменяется новым обобщённым названием — «фотоника».

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

Содержание

  • 1 Междисциплинарные направления
  • 2 Связь фотоники с другими областями наук
  • 3 История фотоники
  • 4 См. также
  • 5 Ссылки
  • 6 Примечания

Междисциплинарные направления

Благодаря высокой мировой научной и технической активности и огромной востребованности новых результатов внутри фотоники возникают новые и новые междисциплинарные направления:

  • Микроволновая фотоника изучает взаимодействие между оптическим сигналом и высокочастотным (больше 1 ГГц) электрическим сигналом. Эта область включает основы оптико-микроволнового взаимодействия, работу фотонных устройств при СВЧ, фотонный контроль СВЧ устройств, линий высокочастотной передачи и использование фотоники для выполнения различных функций в микроволновых схемах
  • Компьютерная фотоника объединяет современную физическую и квантовую оптику, математику и компьютерные технологии и находящуюся на этапе активного развития, когда становится возможным реализовать новые идеи, методы и технологии.[3]
  • Оптоинформатика — область науки и техники, связанная с исследованием, созданием и эксплуатацией новых материалов, технологий и устройств для передачи, приёма, обработки, хранения и отображения информации на основе оптических технологий.

Связь фотоники с другими областями наук

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

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

История фотоники

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

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

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

Термин «Фотоника» начал широко употребляться в 1980-х в связи с началом широкого использования волоконно-оптической передачи электронных данных телекоммуникационными сетевыми провайдерами (хотя в узком употреблении оптическое волокно использовалось и ранее).

Использование термина было подтверждено, когда сообщество IEEE установило архивный доклад с названием «Photonics Technology Letters» в конце 1980-х.

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

  • лазерное производство,
  • биологические и химические исследования,
  • изменение климата и экологический мониторинг[5],
  • медицинская диагностика и терапия,
  • технология показа и проекции,
  • оптическое вычисление.

См. также

  • Квантовая оптика
  • Фотонный кристалл
  • Голография
  • Электроника

Ссылки

  • Сайт кафедры Фотоники и оптоинформатики Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики
  • Сайт кафедры Компьютерной фотоники и видеоинформатики Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики
  • Сайт кафедры Фотоники физического факультета Санкт-Петербургского государственного университета
  • Сайт кафедры Фотоники и Электротехники Харьковского Национального Университета Радиоэлектроники
  • Образовательные материалы Лаборатории Лазерных Систем Новосибирского Государственного Университета
  • Словарь терминов по фотонике. Сибирская Государственная Геодезическая Академия
  • Журнал «Фотоника» Научно-технический журнал
  • Проблемы рассеяния лазерного излучения в фотонике и биофотонике Квантовая Электроника, Специальный выпуск, Том 36, № 11-12, (2006)

Примечания

  1. Сайт кафедры Фотоники и Электротехники Харьковского Национального Университета Радиоэлектроники
  2. Физический факультет Ростовского государственного университета
  3. Сайт кафедры Компьютерной фотоники и видеоинформатики факультета Фотоники и Оптоинформатики СПБГУ ИТМО
  4. Сайт НИИ физики им. В. А. Фока.
  5. Journal of Biophotonics

Что такое фотоника? (+ Как начать карьеру в этой области)

Определение фотоники

Фотоника — это научное и технологическое применение световых частиц или фотонов. Фотоника также может описывать изучение любой другой лучистой энергии, квантом которой является фотон. «Квант» — это наименьшая измеримая единица физического свойства. Например, квант света — это фотон, а квант электричества — это электрон. Фотоника фокусируется на генерации, обнаружении, передаче и управлении светом в ситуациях, когда его корпускулярная (фотонная) природа имеет важное значение.

В чем разница между оптикой и фотоникой?

Термин оптика часто используется взаимозаменяемо с фотоникой, но они имеют разные значения. Оптика — обширный раздел физики. Он изучает общее поведение и свойства света, а также зрение и восприятие. Фотоника — это подкатегория оптики, которая фокусируется на науке и технологии фотонов.

Фотоника очень тесно связана с квантовой оптикой. Квантовая оптика — это изучение света, в котором существенна его частица или квантовая природа. Разница между этими двумя дисциплинами в основном технологическая. Квантовая оптика имеет тенденцию быть более теоретической. Напротив, фотоника применяет концепции квантовой оптики для открытия и разработки практических приложений.

Подробнее: Что такое оптическая инженерия (+ Как стать инженером-оптиком) 

Применение фотоники и примеры

Отрасли фотоники чрезвычайно разнообразны, поскольку технологии, основанные на свете, широко распространены в современной жизни. Например, фотоника позволила изобрести оптоволокно для Интернета и передачи данных. Волоконно-оптические линии передают световые импульсы, которые рецепторы интерпретируют как данные для обмена с подключенными устройствами. Фотоны действуют как своего рода почтовые перевозчики, передавая информацию по стеклянным волокнам, размер которых примерно равен 1/10 толщины человеческого волоса. Список ниже содержит еще несколько примеров применения фотоники в повседневной жизни.

  • Ночное видение. Ночное видение является неотъемлемой частью систем безопасности, наблюдения и визуализации. Он используется в процессах усиления изображения, автомобилях и военном снаряжении.

  • Визуализация головного мозга. В дополнение к диагностике визуализация головного мозга необходима для хирургических процедур. Световые технологии в медицинской визуализации включают позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ), функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ) и функциональную спектроскопию ближнего инфракрасного диапазона (fNIRS).

  • Фотонные датчики. Фотонные датчики преобразуют свет в электрические сигналы. Эта технология широко используется в энергетике. Чаще всего фотонное зондирование используется для солнечной энергетики и мониторинга ветра, нефти и геотермальной энергии.

Карьера в области фотоники

По данным Бюро статистики труда США (BLS), карьера в области фотоники относится к области архитектуры и инженерии [1]. Ожидается, что занятость в этом секторе вырастет на 6 процентов в период с 2020 по 2030 год. Эта цифра соответствует примерно 46 000 новых рабочих мест. Большая часть роста рабочих мест, прогнозируемых в этой области, может быть отнесена к машиностроению. Факторы, способствующие росту числа инженерных рабочих мест, включают повышенный интерес к возобновляемым источникам энергии, робототехнике и восстановлению инфраструктуры [2].

Разработка и исследования в области фотоники

Если вы хотите начать карьеру в области фотоники, вы можете подумать о том, чтобы стать инженером по фотонике. Инженер-фотоник — это широкое название, охватывающее множество различных специализаций. Конкретные должностные обязанности различаются в зависимости от отрасли, но перечисленные ниже обязанности относятся к большинству должностей инженеров в области фотоники:

  • Разработка оборудования для фотоники, такого как оптические волокна

  • Анализ характеристик существующих материалов и машин для фотоники

  • Написание исследований отчетов и грантов

  • Наблюдая за производством новой технологии фотоники

  • Документирование спецификаций и требований для использования компании

  • .

Зарплата инженера по фотонике

Средняя зарплата инженера по фотонике в США составляет $80 055 в год [3]. Инженеры-фотоники также сообщают о средней годовой дополнительной оплате в размере 26 118 долларов США . Дополнительный доход может включать комиссионные, бонусы и участие в прибылях. В совокупности эти цифры составляют общую предполагаемую годовую заработную плату в размере 90 015 106 173 долларов США.  

Связанные должности и должности

Если вы ищете работу в области фотоники, вы также можете столкнуться со следующими родственными должностями:

  • Экспериментатор фотоники. Экспериментаторы в области фотоники сосредотачиваются в основном на практической работе в лаборатории. Они работают с командами дизайнеров и инженеров, чтобы оптимизировать продукты, автоматизировать рабочие процессы и участвовать в экспериментах по проверке концепции.

Оптическая инженерия

Как и фотонная инженерия, оптическая инженерия является специализированной отраслью физики и техники. Инженеры-оптики используют оптику и инженерные концепции, чтобы определить, как свет можно использовать для создания устройств. Сходство между оптикой и фотоникой создает значительное совпадение между соответствующими областями. Соответственно, кто-то, кто хочет начать карьеру в области фотоники, может также найти подходящую для себя роль в оптической инженерии.

Как получить работу в области фотоники

Многие инженеры фотоники начинают свою карьеру со степени в области электротехники, физики или смежных областях. В таблице ниже показаны некоторые из наиболее популярных специальностей для инженеров-фотоников [4].

Major Percentage of photonics engineers
Electrical engineering 22%
Physics 22%
Технология электротехники 9%
Химия 9%
ОТДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ДЛЯ. или магистр наук в области электротехники.

Получите необходимые навыки.

Приведенный ниже контрольный список включает как технические, так и рабочие навыки. Рассмотрите возможность его использования для определения областей, в которых необходимо наращивать свои знания в области фотоники.

Улучшите свое резюме.

Есть несколько способов привлечь внимание рекрутеров к вашему резюме. Например, сопоставьте язык, который вы используете для описания своих навыков, с языком, который работодатели используют в списках вакансий. Работодатели часто используют системы отслеживания кандидатов (ATS), которые позволяют рекрутерам фильтровать резюме по ключевым словам и быстро обрабатывать кандидатов. У вас больше шансов быть выбранным, если ваш язык соответствует терминам, которые они ввели в ATS. Вы можете прочитать еще девять способов улучшить свое резюме в статье ниже.

Подробнее: 10 способов улучшить свое резюме

Будьте в курсе событий отрасли.

Еще один способ продемонстрировать компетентность работодателям — оставаться в курсе отраслевых тенденций и технологий. Вы можете следить за лидерами отрасли в социальных сетях или подписываться на соответствующие каналы и блоги YouTube. В области фотоники вы можете проверить веб-сайт Общества фотоники Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) на предмет предстоящих конференций. Вы также можете быть в курсе последних достижений в области фотоники с SPIE, международным обществом оптики и фотоники.

Узнайте больше о фотонике с Coursera.

Готовы ли вы сделать следующий шаг к карьере в области фотоники или просто хотите узнать больше, вы можете начать прямо сейчас. Запишитесь на онлайн-курс, такой как «Квантовая оптика I: одиночные фотоны», сегодня.

курс

Квантовая оптика 1: Одиночные фотоны

Этот курс дает вам доступ к основным инструментам и концепциям для понимания исследовательских статей и книг по современной квантовой оптике. Вы узнаете о…

4,8

(282 рейтинга)

22 821 уже зачислены

Узнать больше

Среднее время: 1 мес. предоставлены только в ознакомительных целях. Учащимся рекомендуется провести дополнительные исследования, чтобы убедиться, что курсы и другие полномочия соответствуют их личным, профессиональным и финансовым целям.

Фотоника, пояснения в RP Photonics Encyclopedia; оптические и лазерные технологии, использование света, оптоэлектроника, приложения

«> Дом Викторина Руководство покупателя
Поиск
Категории
Глоссарий Реклама
Прожектор фотоники «> Учебники
Показать статьи A-Z

Примечание: поле поиска по ключевому слову статьи и некоторые другие функции сайта требуют Javascript, который, однако, отключен в вашем браузере.

Что такое фотоника?

Фотоника — это наука и технология света с упором на приложения: использование света в самых разных областях. Этот термин фотоника был введен французским физиком Пьером Эгреном в 1967 году и широко используется с середины 1970-х годов. Альтернативным термином является световолновая технология . Существует также термин фотонная наука , который относится к научной части фотоники.

Свет (высокочастотное электромагнитное излучение), очевидно, играет центральную роль в фотонике. Используемый свет охватывает не только видимый, но также инфракрасный и ультрафиолетовый свет.

В основе фотоники лежат технологии генерации света (например, с помощью лазеров или светодиодов), передачи, усиления, модуляции, обнаружения и анализа света (например, с помощью спектроскопии) и, в частности, использования света для различных практических целей.

Таким образом, он в значительной степени основан на оптических технологиях (→ оптика), дополненных современными разработками, такими как оптоэлектроника (в основном с использованием полупроводников), лазерные системы, оптические усилители и новые материалы (например, фотонные метаматериалы). Научная основа находится в основном в физике, в частности в оптической физике и смежных областях, таких как лазерная физика и квантовая оптика.

Типичные области применения фотоники:

Для чего используется фотоника? Для какой области техники это актуально?
  • информационные технологии: напр. волоконно-оптическая связь для быстрого доступа в Интернет, оптическая связь в свободном пространстве, квантовая криптография и оптическое хранение данных, различные виды дисплеев, а в будущем, возможно, и оптические вычисления; частично используются методы квантовой фотоники
  • здравоохранение и науки о жизни (биофотоника): напр. медицинская диагностика и терапия в офтальмологии, инфекционных науках и исследованиях рака; биология, биотехнология, анализ ДНК, картирование генома
  • оптическая метрология в различных областях: напр. частотная метрология для сверхточного измерения времени или расстояния с помощью лазеров
  • обнаружение: напр. волоконно-оптические датчики, высокоскоростные камеры, инфракрасные датчики движения или управление промышленными процессами
  • Производство: лазерная обработка материалов в самых разных областях с использованием таких технологий, как резка, сварка и пайка, маркировка, модификация поверхности и многие другие
  • освещение и освещение: напр. энергосберегающее освещение светодиодами или газоразрядными лампами высокой интенсивности
  • солнечная энергия с фотогальваническими элементами, обеспечивающая возобновляемую энергию по уже очень конкурентоспособным ценам
  • оборонная и космическая техника: напр. спутниковые системы наблюдения, навигация, формирование изображений, ночное видение, наведение ракет, противоракетные комплексы, мощное оружие направленной энергии

Ключевыми фотонными технологиями, имеющими особое значение, являются лазерные и усилительные системы, светоизлучающие диоды (СИД) и другие нелазерные источники света, оптические волокна и другие волноводы, оптические модуляторы, фотодетекторы (включая камеры) и дисплеи.

Здесь аналогия с электроникой: так же, как электроника — это использование электронов, фотоника работает на основе фотонов. Квантовая (фотонная) природа света часто, но далеко не всегда представляет интерес для фотоники; есть более конкретная область квантовой фотоники. Это важно для безопасной связи, а в будущем, возможно, и для квантовых вычислений. Для реализации таких передовых приложений по-прежнему требуется значительный объем научных исследований.

Важность фотоники

Фотоника считается одной из ключевых технологий 21 ст века. Он дополняет электронику в виде оптоэлектроники (оптоэлектроники) и демонстрирует сильный рост рынка, который, как ожидается, продолжится в обозримом будущем. Пока фотоника добилась глубокого проникновения на массовые рынки и, соответственно, больших объемов продаж лишь в нескольких областях, например в лазерные диоды в CD/DVD-плеерах и связанные с ними технологии оптического хранения данных. Огромные возможности роста ожидаются от разработки кремниевой фотоники и других технологий для фотонных интегральных схем, от светодиодов с улучшенной выходной мощностью и эффективностью или от типов лазеров (например, VECSEL), которые подходят для экономичного массового производства.

Различные государственные учреждения, в том числе агентства по финансированию исследований, признали огромную важность фотоники для науки, техники и экономики в целом и поэтому пытаются усилить развитие фотоники как технологии:

  • Существует европейская технология платформа Photonics21, которая реализует общую стратегию фотоники в государственно-частном партнерстве Horizon2020 и, как ожидается, окажет существенное влияние на создание рабочих мест. Многие сотни миллионов евро в год поддерживают исследовательские программы в области фотоники в Европе.
  • В Соединенных Штатах Национальная инициатива по фотонике (NPI) пытается усилить сотрудничество и координацию между промышленностью, правительством и академическими кругами США, а также определить особенно важные области фотоники, которые имеют решающее значение для конкурентоспособности и национальной безопасности. Отчет Комитета по освещению Национальной академии наук США «Использование света» привлек большое внимание анализом текущего состояния оптических наук и предложенными целями для будущих разработок.
  • Китай, Япония и Южная Корея также вкладывают огромные средства в исследования в области фотоники. Например, новый план Китая в области науки и технологий (S&T) многое делает для исследований и разработок в области фотоники; порядка 1 миллиарда евро в год в настоящее время инвестируется в исследования и разработки в области фотоники в Китае.

Нобелевские премии по фотонике

Важность фотоники также подчеркивается значительным количеством Нобелевских премий, присужденных за последние годы:

Огромное количество Нобелевских премий, связанных с фотоникой, весьма убедительно подчеркивает ее важность!
  • 2018: Нобелевская премия по физике присуждена Артуру Ашкину за изобретение оптического пинцета, а также Жерару Муру и Донне Стрикленд за усиление чирпированных импульсов.
  • 2017 г.: Нобелевская премия по физике присуждена Райнеру Вайсу, Барри С. Баришу и Кипу С. Торну «за решающий вклад в детектор LIGO и наблюдение гравитационных волн» (→ использование лазерных интерферометров для обнаружения гравитационных волн)
  • 2014 г. : Нобелевская премия по физике присуждена Исаму Акасаки, Хироши Амано и Сюдзи Накамуре «за изобретение эффективных синих светодиодов, которые позволили создать яркие и энергосберегающие источники белого света» (→ светоизлучающие диоды)
  • 2014: Нобелевская премия по химии присуждена Эрику Бетцигу, Стефану В. Хеллу и Уильяму Э. Мёрнеру «за разработку флуоресцентной микроскопии со сверхвысоким разрешением» (→ флуоресцентная микроскопия)
  • 2012 г.: Нобелевская премия по физике присуждена Сержу Арошу и Дэвиду Дж. Вайнленду «за новаторские экспериментальные методы, позволяющие измерять и манипулировать отдельными квантовыми системами» (→ квантовая оптика, лазерное охлаждение атомов, оптические стандарты частоты)
  • 2010: Нобелевская премия по физике присуждена Андрею Гейму и Константину Новоселову «за новаторские эксперименты с двумерным материалом графеном» (который имеет особенно интересные последствия в фотонике)
  • 2009 г.: Нобелевская премия по физике присуждена Чарльзу Куен Као «за новаторские достижения в области передачи света по волокнам для оптической связи» (→ оптические волокна, оптоволокно, волоконно-оптическая связь), а также Уилларду С. Бойлу и Джорджу Э. Смиту. «за изобретение полупроводниковой схемы формирования изображения – ПЗС-сенсора»
  • 2005: Нобелевская премия по физике присуждена Рою Дж. Глауберу «за его вклад в квантовую теорию оптической когерентности» (→ когерентность, квантовая оптика) и Джону Л. Холлу и Теодору В. Хеншу «за их вклад в развитие лазерной прецизионной лазерной спектроскопии, включая метод оптической гребенки частот» (→ частотные гребенки, оптические стандарты частоты, метрология частоты)
  • 2001: Нобелевская премия по физике присуждена Эрику А. Корнеллу, Вольфгангу Кеттерле и Карлу Э. Виману «за достижение конденсации Бозе-Эйнштейна в разбавленных газах щелочных атомов и за ранние фундаментальные исследования свойств конденсатов»
  • 2000 г.: Нобелевская премия по физике присуждена Жоресу И. Алферову и Герберту Кремеру «за разработку полупроводниковых гетероструктур, используемых в высокоскоростной и оптоэлектронике» (→ лазерные диоды) (совместно с Джеком С. Килби «за участие в изобретение интегральной схемы», которая не относится к фотонике)
  • 1997 г. : Нобелевская премия по физике присуждена Стивену Чу, Клоду Коэн-Таннуджи и Уильяму Д. Филлипсу «за разработку методов охлаждения и захвата атомов с помощью лазерного излучения» (→ лазерное охлаждение)

Проблемы развития проникновения на рынок фотоники

Новые технологии не достигают автоматически глубокого проникновения на многие рынки, потому что сначала необходимо преодолеть ряд препятствий.

Конкуренция с другими технологиями

Во многих случаях новое фотонное приложение конкурирует со старыми подходами к решению проблемы, просто предлагая более или менее существенные преимущества, например, с точки зрения качества результатов или скорости. Затем может быть сложно убедить людей перейти на новую технологию, с которой они еще не знакомы и которую им может быть трудно понять. Необходимо выявлять первых пользователей и мотивировать их инвестировать в зачастую трудоемкие и дорогостоящие тесты, а истории успеха необходимо распространять в сообществе до тех пор, пока новая технология не наберет обороты. Этот процесс может занять много лет, даже если фотонные решения предлагают существенные преимущества, или даже могут потерпеть неудачу.

Вопросы затрат и капиталовложений

Во многих прикладных областях прогрессу проникновения фотоники на рынок препятствует проблема высокой стоимости. Например, лазеры в большинстве случаев являются довольно дорогими устройствами, даже если они основаны на не особо сложной технологии. Основными причинами этого являются следующие:

  • Из-за коротких длин волн света часто требуется очень точное выравнивание оптических компонентов. Следовательно, требуется высокоточная оптомеханика, а процедуры юстировки могут быть сложными и трудоемкими, поскольку их нельзя автоматизировать.
  • Хотя процессов выравнивания часто можно избежать, используя оптоволоконные соединители вместо оптики свободного пространства, оптоволоконные соединения также намного более тонкие, чем большинство электрических соединений.
  • Как правило, оптические установки очень чувствительны к пыли, грязи и царапинам, поэтому их необходимо изготавливать в очень чистой среде и обращаться с ними с большой осторожностью. (Это также во многом связано с короткими оптическими длинами волн.)
Высокая стоимость производства не позволяет производить большие объемы продукции, а малые объемы производства не позволяют использовать эффективное массовое производство!
  • Из-за небольших объемов производства большинство лазеров и фотонных приборов (например, анализаторы оптического спектра) изготавливаются способами, требующими значительных затрат труда. Эффективные методы производства, используемые, например, для автомобилей или электроники, пока не получили широкого распространения, потому что высокие первоначальные инвестиции были бы оправданы только для больших объемов производства, которым, однако, по-прежнему мешает текущая стоимость продукта.
  • Несмотря на то, что общие объемы производства лазеров, например, стали довольно значительными, они разбросаны по огромному количеству различных моделей — не только потому, что они производятся многими производителями, но и потому, что значительное количество рабочих параметров должно быть адаптированы к конкретным приложениям, предъявляющим очень разные требования. Например, необходим широкий спектр лазерных технологий, чтобы охватить различные комбинации оптической длины волны, средней мощности, энергии импульса, длительности и частоты повторения. Обратите внимание, что некоторые из этих параметров, такие как длительность импульса и энергия импульса, могут варьироваться в широких пределах, охватывающих несколько порядков величины. Поэтому, как правило, невозможно просто сделать разные варианты лазерной системы того или иного типа.

Чем более эффективные решения этих проблем будут найдены, тем больше шансов на дальнейший экономический рост фотонной отрасли. Например, технология VECSEL может привести к значительно более дешевой замене многих традиционных твердотельных лазеров (в основном для работы в непрерывном режиме), а кремниевая фотоника может найти множество применений на массовых рынках (особенно в информационных технологиях) с сильным ценовым давлением.

Даже если конечная себестоимость производства низка, капитальные затраты зачастую значительны.

Стоимость производства после успешного выхода на рынок — не единственная проблема; существенным начальным препятствием может быть необходимый капитал для начальной разработки и проникновения на рынок. Например, часто требуется дорогостоящее оборудование, которое в долгосрочной перспективе может быть вполне конкурентоспособным по стоимости благодаря эффективному массовому производству, но требует значительных инвестиций на начальном этапе развития. Поскольку путь от первоначальных инвестиций до успешной коммерциализации может занять много лет, где могут возникнуть существенные неожиданности, приобрести необходимый инвестиционный капитал непросто – в том числе потому, что сначала сложно разработать комплексный план, а затем убедительно объясните это людям, не имеющим точного представления о технологии в приложении.

Для решения подобных задач на практике применяются самые разные модели. Например, некоторые крупные компании регулярно выделяют значительные ресурсы на такие новые разработки, покрывая расходы за счет оборота от уже налаженного бизнеса. В других случаях инвесторы поддерживают небольшие начинающие компании, надеясь, что их часть акций со временем приобретет стоимость, кратную первоначальным вложениям. Поскольку потенциал фотоники уже хорошо известен инвесторам, такие подходы стали вполне реальными. Однако существенные риски остаются для всех участников — в том числе и для технологических инициаторов, которым может достаться довольно небольшая доля созданной стоимости.

Нишевые рынки

Относительно ограниченное количество новых фотонных приложений представлено на массовых рынках, например, в отношении смартфонов или оптоволоконной связи. Многие другие фотонные приложения могут работать только с относительно небольшими рынками, используя весьма специализированные технологии. Например, можно ожидать, что новая технология для лазерного лечения глаз или для медицинской визуализации будет использоваться только в паре тысяч клиник по всему миру, заменив некоторые из ранее существовавших технологий в течение нескольких лет. Следовательно, для того, чтобы сделать технологию экономически жизнеспособной, несмотря на ограниченное количество продаж, требуется значительная маржа продаж. Небольшие объемы производства также не позволяют использовать высокорентабельные технологии массового производства.

Тем не менее, обращение к таким нишевым рынкам может сработать, обеспечивая значительные преимущества для общества в целом, а также значительные вознаграждения для инициаторов новых компаний.

Требуемое сочетание компетенций

Успешное внедрение новой фотонной технологии на рынке значительного размера требует сочетания самых разнообразных компетенций — не только технических компетенций для разработки необходимого аппаратного и программного обеспечения (включая связанные технические области, такие как механика, электроника и программное обеспечение), но и

  • глубокое понимание целевого приложения (или на какое приложение следует ориентироваться, чтобы найти рынок значительного размера с достаточной маржой),
  • знание возможных альтернативных подходов и их преимуществ и недостатков,
  • знание желаний и болевых точек людей, которым предполагается использовать новую технологию,
  • понимание различных факторов, ограничивающих реальный объем рынка,
  • возможность оценить потенциал роста после первоначального проникновения на рынок и
  • способность разработать подходящие инструменты для выявления и убеждения ключевых игроков в этой области.

Обратите внимание, что может быть необходимо сначала определить какое-то приложение и рынок, которые подходят для первоначального входа и внедрения технологии, в то время как значительный потенциал роста может быть позже достигнут только за счет выхода на другие приложения, которые, однако, могут быть слишком сложными для входите сразу, потому что изначально не хватает доверия и ресурсов.

Новые приложения фотоники часто инициируются исследователями или инженерами. Им нужна помощь.

Первоначальный импульс для разработки нового фотонного приложения часто исходит от ученых-исследователей или инженеров, которые осознают, что их технология может быть использована в новых областях, и способны развивать технологию, но часто не только не имеют средств для необходимых инвестиций, но и также некоторые из компетенций, описанных выше. Таким образом, важным элементом для достижения прогресса являются институты, которые могут объединить подходящих людей таким образом, чтобы было достигнуто необходимое сочетание компетенций и ресурсов. Например, существуют некоммерческие центры коммерциализации технологий, которые субсидируются правительствами с целью поддержки новых технологических разработок со значительным экономическим потенциалом. Кроме того, существуют специализированные частные компании, предлагающие услуги по разработке технологий, включая исследования рынка, разработку стратегий внедрения новых приложений и определение подходящих инструментов маркетинга продукции.

Подобные виды поддержки также могут быть полезны, когда разработка новой технологии изначально обусловлена ​​спросом в определенных областях применения. Хотя этот подход может облегчить работу с реально существующими рынками, а не просто искать проблему, подходящую для уже разработанного решения, опять же требуется сочетание специальных компетенций.

Вопросы и комментарии от пользователей

Здесь вы можете задать вопросы и комментарии. Если они будут приняты автором, они появятся над этим абзацем вместе с ответом автора. Автор принимает решение о принятии на основе определенных критериев. По существу, вопрос должен представлять достаточно широкий интерес.

Пожалуйста, не вводите здесь личные данные; в противном случае мы бы удалили его в ближайшее время. (См. также нашу декларацию о конфиденциальности.) Если вы хотите получить личную обратную связь или консультацию от автора, свяжитесь с ним, например. по электронной почте.

Ваш вопрос или комментарий:

Проверка на спам:

  (Пожалуйста, введите сумму тринадцати и трех в виде цифр!)

Отправляя информацию, вы даете свое согласие на возможную публикацию ваших материалов на нашем веб-сайте в соответствии с нашими правилами. (Если вы позже отзовете свое согласие, мы удалим эти материалы.) Поскольку ваши материалы сначала просматриваются автором, они могут быть опубликованы с некоторой задержкой.

Библиография

.7.77..7.7.77.77..7................. ed.), Fundamentals of Photonics , курс для студентов первого и второго курсов колледжей, доступен на компакт-диске или в открытом доступе в Интернете по адресу http://spie.org/x17229.xml
[1] Труды конференции Photonics , под редакцией M. Balcanski и P. Lallemand, Gauthier-Villars, Paris (1975) »
66.
[3] Б.Е.А. Салех и М.К. Тейч, Fundamentals of Photonics , John Wiley & Sons, Inc., Нью-Йорк (1991)
[4] Day of Photonics, https://day-of-photonics.org/

(предложить дополнительная литература!)

См. также: квантовая фотоника, лазерная физика, оптоэлектроника, квантовая электроника, оптика, кремниевая фотоника, фотонные интегральные схемы
и другие статьи в категории фотонные устройства

Если вы хотите разместить ссылку на эту статью на каком-либо другом ресурсе (например, на своем сайте, в социальных сетях, на форуме, в Википедии), вы можете получить необходимый код здесь.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *