Оптика и Фотоника

Оптика и фотоника

Оптика и Фотоника

В наше время оптические и лазерные технологии играют определяющую роль в самых перспективных секторах экономики: вычислительной техники, медицинском и электронном приборостроении, телекоммуникациях и системах безопасности.

Принцип работы оптических и лазерных приборов базируется на положениях оптики – области физики, рассматривающей явления, связанные с распространением электромагнитных волн. В современной оптической и лазерной технике применяются достижения всех разделов оптики: классической, нелинейной, квантовой, градиентной оптики, зрительного восприятия, лазеров.

Оптический прибор – это оптическая система, состоящая, по крайней мере, из одного базового оптического элемента. К группе оптических приборов относятся: микроскопы, оптические датчики, эндоскопы, оптические микрометры и т.д.

Микроскоп предназначен для получения увеличенных изображений и измерения невидимых или плохо видимых невооружённым глазом объектов или деталей структуры.

В зависимости от разрешения рассматриваемых микрочастиц, микроскопии, микроскопы разделяются на: оптические (ближнепольные оптические микроскопы, конфокальные микроскопы, двухфотонные лазерные микроскопы); электронные (просвечивающие и растровые); сканирующие зондовые микроскопы (сканирующие атомно-силовые микроскопы, сканирующие туннельные микроскопы); рентгеновские микроскопы (отражательные, проекционные и лазерные рентгеновские микроскопы); дифференциальные интерференционно-контрастные микроскопы.

Оптические датчики идеально подходят для измерения положения, перемещения объектов, расстояния. Они воспринимают свет наподобие нашего глаза.

Оптические датчики позволяют выполнять бесконтактное измерение, определять положение объектов перемещающихся с большой скоростью. Расстояние обнаружение объекта достигает сотен метров, а точность определения его положения – доли микрона.

Компактные размеры и отсутствие необходимости в источниках электроэнергии выгодно отличают оптические датчики от традиционных приборов в определённых областях.

Также к преимуществам оптических датчиков можно отнести: отсутствие электрической связи с измеряемой средой; неуязвимость к электромагнитным помехам; невысокая стоимость. Наиболее популярные группы оптических датчиков – это фотоэлектрические датчики, щелевые оптические датчики, оптические датчики с видимым пятном, датчики с подавлением переднего/заднего фона, лазерные датчики.

Лазерные датчики – это оптоэлектронные приборы, которые в качестве источника оптического излучения используют лазерные источники. Лазерный источник обеспечивает формирование высокоэнергетического узконаправленного оптического луча.

Это позволяет применять лазерные датчики для высокоточного измерения расстояний и перемещений, причём точность измерений не зависит от диапазона и характеризуется постоянным значением. Лазерные датчики отличаются большой дальностью обнаружения объектов, возможностью работы в импульсном режиме, имеют защиту от засветки.

Лазерным датчикам доступны все виды оптических измерений, в том числе подавления заднего и переднего фона.

Эндоскопы бывают технические и медицинские. Технические эндоскопы используются для осмотра труднодоступных полостей оборудования при проведении обслуживания и оценке исправности. Также технические эндоскопы применяются для досмотра в системах безопасности.

Медицинские эндоскопы нашли свое применение для исследования и лечения полостей тела и полых внутренних органов человека. Эндоскопы подразделяют на жёсткие эндоскопы и гибкие фиброскопы.

На сегодня гибкие фиброскопы больших диаметров вытесняются видеоэндоскопами, которые оборудованы миниатюрными видеокамерами и передают информацию в электронном виде.

К предмету изучения оптики относятся и лазеры. Лазер (акроним от англ. light amplification by stimulated emission of radiation – усиление света посредством вынужденного излучения) – источник электромагнитного излучения инфракрасного, видимого и ультрафиолетового диапазонов. 

Лазер преобразует энергию накачки (электрическую, световую, химическую, тепловую и др.) в энергию монохроматического, поляризованного, когерентного и узконаправленного потока излучения. Излучение лазера может иметь постоянную мощность, быть непрерывным или импульсным.

В качестве рабочей среды лазеры используют всесуществующие в природе агрегатные состояния вещества. Диапазон габаритов лазеров очень велик – от микроскопических полупроводниковых лазеров до лазеров на неодимовом стекле размером с футбольное поле.

Одновременно с созданием первых лазеров (1960 год) начали развиваться различные направления их применений.

Уникальные свойства излучения лазеров позволили применять их в различных областях науки и техники, в быту. Лазеры широко применяются в медицине (бескровные скальпели), косметологии, химии, голографии, маркировке, метрологии.

В промышленности популярно использование систем лазерной обработки для резки, сварки и пайки изделий из различных материалов (к примеру, керамики и металла), получения поверхностных покрытий.

За последние 15-20 лет ни одно из стратегических производственных направлений в мире не обходилось без использования технологий лазерной обработки материалов. При лазерной обработке материалов на них отсутствует механическое воздействие, поэтому могут возникать лишь незначительные деформации.

Возможна полная автоматизация технологического процесса. Внедрение технологий лазерной обработки позволяет повысить качество продукции, производительность, и что немаловажно, обеспечить экологическую чистоту производства.

По целому ряду направлений эти технологии помогают достичь технических и экономических результатов, которые невозможно реализовать другими доступными на сегодня средствами.

Мы готовы предложить вам лазерную и оптическую технику следующих производителей (Для того, чтобы купить необходимое вам оборудование выберите интересующего вас проиводителя и воспользуйтесь формой быстрого заказа):

Источник: https://dmliefer.ru/optika-i-fotonika

Факультет фотоники и оптоинформатики Университет ИТМО

Оптика и Фотоника

Факультет фотоники и оптоинформатики (ФФиОИ) входит в структуру Мегафакультета Фотоники.

 Декан факультета — Козлов Сергей Аркадьевич, заслуженный деятель науки Российской Федерации, доктор физико-математических наук, профессор, лауреат премии Ленинского комсомола по науке и технике, руководитель Российской научной школы «Фемтосекундная оптика и фемтотехнологии».

Миссия факультета

Открывать возможности для гармоничного развития конкурентоспособной личности и готовить элитные кадры, которые способны успешно действовать в условиях быстро меняющегося мира и обеспечивать опережающее развитие индустрии по направлению «Фотоника и оптоинформатика».

Факультет Фотоники и оптоинформатики осуществляет подготовку бакалавров и магистров по одноименному образовательному направлению «Фотоника и оптоинформатика».

Фотоника — это область науки и техники, связанная с использованием светового излучения (или потока фотонов) в оптических элементах, устройствах и системах, в которых генерируются, усиливаются, модулируются, распространяются и детектируются оптические сигналы.

Оптоинформатика — это недавно выделившаяся и доминирующая в последние годы область фотоники, в которой создаются оптические технологии передачи, приема, обработки, хранения и отображения информации.

Ключевые направления научно-образовательной фокусировки факультета

  • Квантовые технологии:
    • Квантовые коммуникации
    • Квантовые вычисления
    • Квантовые повторители
  • Многофункциональные материалы;
  • Гибридные наноматериалы;
  • Фемтотехнологии, включая терагерцовые технологии, и основанные на них биотехнологии.

В рамках образовательного направления «Фотоника и оптоинформатика» факультет готовит специалистов для одной из самых инновационных областей современной науки и техники, развивающейся на основе лазерных технологий, квантовых технологий, нанотехнологий и новых оптических материалов. В этой области разрабатываются и создаются:

  • оптические технологии сверхскоростной передачи записи и хранения информации,
  • оптические и квантовые процессоры,
  • системы искусственного интеллекта,
  • информационно-телекоммуникационные системы нового поколения,
  • энергоэффективные технологии,
  • перспективные материалы и технологии фотоники.

В процессе обучения бакалавры и магистры получают глубокие знания и практические навыки в следующих областях:

  • оптическая физика,
  • физика наноразмерных объектов,
  • оптическая и квантовая информатика,
  • оптическое материаловедение,
  • системы и технологии фотоники,
  • теория информации и информационных систем,
  • архитектура вычислительных систем,
  • технологии программирования,
  • перспективные материалы фотоники,
  • инновационный менеджмент в области высоких технологий.

Техническое оснащение

Факультет располагает несколькими десятками учебных и научно-исследовательских лабораторий и центров. Среди них такие авторитетные в научном мире структуры, как:

Международный институт Фотоники и оптоинформатики, включая:

  • Международный научный центр оптической и квантовой информатики, биофотоники,
  • Научно-исследовательский центр оптического материаловедения.

Международный научно-образовательный центр физики наноструктур, включая:

  • Центр «Информационные оптические технологии».

Для подготовки специалистов, востребованных на рынке труда, факультет активно сотрудничает с фирмами и компаниями — лидерами в своей области.

В соответствии с учебными планами, включающими сквозную систему курсовых исследовательских работ и научно-технологических практик, уже со второго курса студенты факультета получают возможность участвовать в работе над действующими проектами, в области фотоники и оптоинформатики, ведущимися Международными научно-исследовательскими центрами по госзаказам Министерства образования и науки РФ, российским и международным грантам и контрактам.

Важным компонентом в подготовке инженеров и ученых мирового уровня является организация и проведение факультетом совместно с другими образовательными и научными организациями и обществами Международных молодежных школ и конференций, создание и развитие молодежных научных ассоциаций, а также Российских и Международных отделений научных обществ.

Среди студентов и аспирантов факультета — стипендиаты Президента РФ и Правительства РФ, победители конкурсов лучших научных работ, проводимых Российской Академией наук, Министерством образования и науки РФ, крупнейшими мировыми научными обществами и фондами (INTAS, SPIE, CRDF, OSA).

БАКАЛАВРИАТ

«Фотоника и оптоинформатика»

Руководитель программы — Козлов Сергей Аркадьевич, заслуженный деятель науки Российской Федерации, доктор физико-математических наук, профессор.

ВСТУПИТЕЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ

  • русский язык
  • математика
  • физика

Цель программы – подготовка элитных кадров, которые соответствуют современным требованиям рынка труда в области индустриальных и смежных высокотехнологичных направлений физики.

Обучение включает в себя фундаментальное образование, совмещенное с получение практических навыков работы в рамках актуальных разделов современной оптической и квантовой физики, таких как квантовые коммуникации, теория информации и информационных систем, физика и технология наноструктур, лазерные фемтотехнологии, оптические материалы фотоники.

Для подготовки специалистов, востребованных на рынке труда, факультет активно сотрудничает с фирмами и компаниями — лидерами в своей области.

В соответствии с учебными планами, включающими сквозную систему курсовых исследовательских работ и научно-технологических практик, уже со второго курса студенты получают возможность участвовать в работе над действующими проектами, в области фотоники и оптоинформатики, ведущимися Международными научно-исследовательскими центрами по госзаказам Министерства образования и науки РФ, российским и международным грантам и контрактам.

Важным компонентом в подготовке инженеров и ученых мирового уровня является организация и проведение факультетом совместно с другими образовательными и научными организациями и обществами Международных молодежных школ и конференций, создание и развитие молодежных научных ассоциаций, а также Российских и Международных отделений научных обществ.

К 3 курсу студенты имеют возможность выбрать собственную образовательную траекторию, которая будет отвечать познавательным интересам обучающегося и позволит выбрать интересующую специализацию в рамках научно-исследовательской деятельности, проводимой под руководством ведущих ученых международных научных подразделений Университета ИТМО.

Специализации программы:

  • Квантовые коммуникации и фемтотехнологии
  • Физика наноструктур
  • Материалы и технологии фотоники

Специализация программы «Квантовые коммуникации и фемтотехнологии»:

Подготовка специалистов для современных областей инновационной деятельности, связанных с разработкой оптических и квантовых технологий сверхскоростной передачи информации, и ее сверхплотной записи; фемтотехнологий фотоники и оптоинформатики, созданием оптических и квантовых процессоров, систем искусственного интеллекта и других информационно-телекоммуникационных систем нового поколения. Задачи программы направлены на приобретение студентами фундаментальных и специальных знаний в области информатики, оптической и квантовой физики, а также на формирование у них способностей применять эти знания в научной и практической деятельности.

Студенты программы приобретают фундаментальные знания в области оптической и квантовой физики, в том числе физики взаимодействия интенсивного изучения сверхкороткой длительности с веществом в различных его состояниях. В период обучения студенты работают по реальным проектам лабораторий Международного института «Фотоники и оптоинформатики» и приобретают уникальный опыт применения на практике полученных фундаментальных знаний.

Базовыми проектами являются:

  • разработка оптических и квантовых технологий сверхскоростной передачи, обработки и записи информации;
  • разработка систем оптических и квантовых коммуникаций;
  • проектирование систем искусственного интеллекта, оптических и квантовых процессоров;
  • разработка программного обеспечения для систем фотоники и оптоинформатики.
  • создание и эксплуатация лазеров и лазерных систем, в том числе, с источниками фемтосекундной длительности;
  • использование оптических методов и фемтотехнологий при исследовании и разработке систем фотоники различного назначения;
  • разработка и применение голографических технологий.

Специализация «Физика наноструктур»

Программа ориентирована на студентов, которые хотят заниматься физикой наноразмерных объектов, а именно, синтезом, модификацией и исследованием квантовых точек, углеродных наноструктур (графен, фуллерены, нанотрубки, наноалмазы), плазмонных наночастиц и др.

У студентов есть выбор практической ориентированности образовательных траекторий в области биомедицины или энергоэффективных технологий.

Нанотехнологии – ключ к инновационному решению современных проблем электроники, телекоммуникаций, космической и атомной техники, экологии, биологии, медицины и энергетики.

Выпускники получают навыки работы для трудоустройства в исследовательских учреждениях, в высокотехнологичном производстве, медицинских и фармакологических компаниях, бизнесе, связанном с производством и реализацией инновационной продукции. Уникальный опыт стажировок и обучения за рубежом открывает широкие возможности для самореализации.

МАГИСТРАТУРА, образовательные программы:

Направление подготовки – 12.04.03 «Фотоника и оптоинформатика»

Программа «Квантовые коммуникации и фемтотехнологии (СОП)»

Руководитель программы — Козлов Сергей Аркадьевич, заслуженный деятель науки Российской Федерации, доктор физико-математических наук, профессор

Цель программы – подготовка специалистов мирового уровня в области информационно-телекоммуникационных систем нового поколения, а также лазерно-оптических методов диагностики в системах безопасности, медицине, биологии на основе фемтотехнологий.

Студенты программы приобретают фундаментальные знания по таким профильным дисциплинам, как: «Оптические линии связи и квантовые коммуникации», «Оптические системы записи, хранения и отображения информации», «Фемтооптика и фемтотехнологии», Оптические и квантовые технологии искусственного интеллекта». Выпускники востребованы в следующих сферах профессиональной деятельности:

  • создание и эксплуатация оптических и квантовых устройств и систем передачи, обработки и записи информации;
  • создание и эксплуатация лазеров и лазерных систем различного назначения;
  • создание и эксплуатация биомедицинских комплексов, использующих лазерные системы, в том числе с источниками излучения фемтосекундной длительности;
  • разработка программного обеспечения при создании систем фотоники и оптоинформатики.

Программа «Физика и технология наноструктур (СОП)»

Руководитель программы Фёдоров Анатолий Валентинович, доктор физико-математических наук, профессор

Образование адаптировано для выпускников бакалавриата физических и технических специальностей и предлагает углубленную подготовку в новых и быстроразвивающихся областях нанотехнологий и нанофотоники, что позволяет легко ориентироваться и быть востребованным на современном высокотехнологичном рынке труда.

Обучение проводят ведущие специалисты в области синтеза, характеризации и практического применения квантовых наноструктур различного типа в оптоэлектронике, фотонике, биологии и медицине.

Все студенты во время обучения трудоустраиваются для участия в коммерческих исследовательских проектах, которые проводятся в международном научно-образовательном центре «Физика наноструктур», расположенном в Технопарке Университета ИТМО.

Обучение реализуется совместно с кафедрой микро- и нанонауки финского Университета Аалто (Хельсинки), что позволяет выпускникам получить два диплома (российского и европейского образцов) ведущих мировых вузов.

ТРУДОУСТРОЙСТВО

  • ООО Научно-производственное предприятие «Цифровые радиотехнические системы,
  • Компания «Квантовые коммуникации»,
  • Компания «Специальные Системы. Фотоника»,
  • ФТИ им. А.Ф. Иоффе,
  • Санкт-Петербургский Научный Центр РАН (СПб НЦ РАН),
  • Центр им. В.А. Алмазова,
  • Компания НИПК «Электрон»,
  • ОАО «ЛОМО»,
  • Компания «ЛОМО Фотоника»,
  • Компания «ФТИ Оптроник»,
  • ООО НПП «Лазерные технологии»,
  • ООО «Корнинг»,
  • ООО «НТЦ ПРОТЕЙ»,
  • Группа компаний «Автосат»,
  • ОАО УОМЗ филиал «Урал-ГОИ»,
  • Компания «Петер-сервис»,
  • ЗАО «Транзас Авиация»,
  • ЦНИИ «Комета»,
  • ООО «Авеста»,
  • АО «НИТИОМ»,
  • АО «НИИ ОЭП»,
  • АО «Электронстандарт Прибор»,
  • ОАО «Авангард»,
  • ЗАО «Светлана-Рост»,
  • ООО «ОЭС Спецпоставка»,
  • ООО «Тидекс»,
  • АО «Лыткаринский завод оптического стекла»,
  • Luxembourg Institute of Science and Technology,
  • ETH Zurich,
  • Eindhoven University of Technology.

Источник: https://itmo.ru/ru/viewfaculty/12/fakultet_fotoniki_i_optoinformatiki.htm

Оптика и Фотоника

Оптика и Фотоника

Оптика – это одна из старейших и уважаемых наук, которая исследует создание, распространение и регистрацию света.

Современный этап развития оптики

В научном мире считают, что три основных открытия последних лет во многом обновили оптику как науку и способствовали усилению ее роли в развитии современных технологий:

  1. изобретение лазера;
  2. создание оптоволокна, которое имеет низкие потери;
  3. конструирование полупроводниковых лазеров.

Эти изобретения дали жизнь новым научным дисциплинам, например:

  • электрооптики;
  • оптоэлектроники;
  • квантовой электроники;
  • квантовой оптики и другим.

Термин «электрооптика» используется для обозначения раздела науки, который рассматривает принципы действия, явления и конструктивные особенности оптических устройств, в которых самую значимую роль играют электрические эффекты. К данным оптическим устройствам можно отнести, например:

  • лазеры;
  • электрооптические модуляторы;
  • переключатели.

Оптоэлектроника рассматривает устройства и системы, так или иначе связанные со светом, в которых существенна электронная природа. Примерами таких устройств являются:

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

  • светодиоды;
  • жидкокристаллические дисплеи;
  • матричные фотоприемники.

Раздел квантовой электроники посвящен устройствам и структурам, основанием которых является взаимодействие световой волны с веществом. К устройствам квантовой электроники можно отнести лазеры и нелинейно – оптические устройства, которые применяют с целью усиления и смещения волн.

Квантовая оптика посвящена, в основном, квантовым и когерентным свойствам света.

Термин «оптические технологии» сейчас используют для описания приборов и систем, которые применяют в оптической связи и оптической обработке информации.

Фотоника как последовательница оптики

Термин фотоника служит отражением связи оптики и электроники. Данная связь усиливается растущей ролью в оптических системах использования полупроводниковых материалов и устройств.

В этой связи электроника исследует процессы управления потоками электрических зарядов в вакууме и веществе, при этом фотоника ответственна за управление фотонами в свободном пространстве или материальной среде. Предметные поля обоих научных разделов перекрываются, поскольку электроны способны управлять потоком фотонов, а фотоны могут управлять потоками электронов.

Название «фотоника» указывает на важность понимания корпускулярной природы света в описании принципов работы многих устройств в оптике.

Фотоника исследует следующие процессы и явления:

  • Процессы генерации когерентного света при помощи лазеров и некогерентного света с помощью люминесцентных источников, например, светодиодами.
  • Передачу света в свободном пространстве, сквозь «классические» элементы оптики (линзы, диафрагмы и изображающие системы) и волноводы (например, оптические волокна).
  • Модуляцию, переключение и сканирование света при этом используются приборы управляемые при помощи электричества, акустически или оптически.
  • Усиление и преобразование частоты световой волны при взаимодействии волны с нелинейными материалами.
  • Детектирование света.

Результаты исследование фотоники находят применение в оптической связи, обработке сигналов, зондировании, отображении информации, печати и передаче энергии.

Фундаментом фотоники можно считать:

  1. Четыре теории света, каждая из этих теория является более общей, чем предыдущая:

    • лучевая оптика;
    • волновая оптика;
    • электромагнитная оптика;
    • фотонная оптика.
  2. Теорию взаимодействия с веществом.

  3. Теорию полупроводников и их оптические свойства.

Лучевая оптика в фотонике используется для описания систем получения изображений, пояснения, почему она ограничена при рассмотрении процессов в волноводах и резонаторах.

Скалярную волновую теорию фотоника использует в рассмотрении оптических пучков, она необходима для понимания процессов в лазерах, и Фурье-оптики и является полезной при описании когерентных оптических систем и голографии.

Электромагнитная теория света — это основа рассмотрения поляризации и дисперсии света, оптики направляемых волн, волокон и резонаторов.

Оптика фотонов описывает взаимодействие света и вещества. Она поясняет процессы генерации и регистрации света, смещение света в средах, являющимися нелинейными.

Замечание 1

Фотоника занимается вопросами конструирования и использования оптических, электрооптических и оптоэлетрических устройств.

Фотоника как наука

Замечание 2

Фотоникой называют науку, исследующую фундаментальные основы и применение оптических сигналов в качестве потоков фотонов, в разных устройствах и системах.

Можно определить фотонику как науку о создании, управлении и детектировании фотонов в видимой и инфракрасной части спектра, распространении их в ультрафиолетовой части, инфракрасной части с длинными волнами. В этих областях в настоящее время создают квантовые каскадные лазеры.

Историю фотоники как науки отсчитывают с 1960 года (тогда изобрели лазер). Фотоника сформировалась на базе многих наук (помимо оптики), например:

  • физики твердого тела;
  • материаловедения;
  • информатики;
  • физики полупроводников и т.д.

Замечание 3

Сам термин «фотоника» впервые возник в работе А.Н. Теренина «Фотоника молекул красителей». В 1970 году фотонику стали определять в качестве науки, которая рассматривает процессы и явления в которых носителями информации служат фотоны.

Научные интересы фотоники широки. Если в прошлом она рассматривала вопросы относящиеся, в основном, к телекоммуникациям, то сейчас в сферу ее интересов входят:

  • лазеры;
  • технологии в области полупроводников;
  • исследование в области биологии и химии;
  • экологические вопросы;
  • нанообъекты;
  • информатика и т.д.

Занимаясь созданием, управлением и регулированием оптических сигналов результаты исследований фотоники широко применяются: начиная с передачи информации при помощи оптоволокна до конструирования сенсорных устройств, модулирующих сигналы света, которые происходят при изменении параметров окружающей среды.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/fotonika/optika_i_fotonika/

Booksm
Добавить комментарий