Фотоника и волоконная оптика

            «Фотоника и волоконная оптика»

Фотоника — это наука о генерации, управлении и обнаружении фотонов, особенно в видимом и ближнем инфракрасном спектре, а также о их распространении на ультрафиолетовой, длинноволновой инфракрасной и сверхинфракрасной части спектра, где сегодня активно развиваются квантовые лазеры. Фотоника также может быть охарактеризована как область физики и технологии, связанная с излучением, 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. Термин «фотоника» в области современной оптики наиболее часто обозначает:

Ø возможность создания фотонных технологий обработки сигналов

Ø то же самое, что «электроника».

Фотоника как область науки появилась в 1960 году с изобретением лазера, а также с изобретением 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 1967 книги академика А. Н. Теренина «Фотоника молекул красителей». Тремя годами раньше по его инициативе на физическом факультете была создана кафедра биомолекулярной и фотонной физики, которая с 1970 г. называется кафедрой фотоники. 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.

Термин «Фотоника» начал широко употребляться в 1980-х в связи с началом использования волоконно-оптической передачи электронных данных телекоммуникационными сетевыми провайдерами. Использование термина было подтверждено, когда сообщество IEEE установило архивный доклад с названием «Photonics Technology Letters» в конце 1980-х. С 2001 года к ней также стали относиться:

Ø лазерное производство,

Ø биологические и химические исследования,

Ø изменение климата и экологический мониторинг,

Ø медицинская диагностика и терапия,

Ø технология показа и проекции,

Ø оптическое вычисление.

Волоконная оптика — технология передачи света по тонким нитям из прозрачных материалов. Этот свет используется для передачи электронных сигналов на большие расстояния. В домашних условиях или в учреждении один волоконный жгут может осуществлять перенос всех сигналов, необходимых для работы разной техники. Под «волоконной оптикой» понимают:

Ø раздел оптики, который изучает физические явления, возникающие и протекающие в оптических волокнах,

либо

Ø продукцию отраслей точного машиностроения, имеющую в своём составе компоненты на основе оптических волокон.

К волоконно-оптическим приборам относятся лазеры, усилители, мультиплексоры, демультиплексоры и ряд других. К волоконно-оптическим компонентам относятся изоляторы, зеркала, соединители, разветвители и др. Основой волоконно-оптического прибора является его оптическая схема — набор волоконно-оптических компонентов, соединённых в определённой последовательности. Оптические схемы могут быть замкнутые или разомкнутые, с обратной связью или без неё.

Устройство волоконно-оптических компонентов:

Зеркала и фильтры

Ø Зеркалом называется компонент, отражающий излучение определённой частоты с определённым коэффициентом отражения. Фильтр, в свою очередь, пропускает излучение определённой частоты, как правило, в узком частотном диапазоне, а остальное излучение поглощает или рассеивает.

Объединители и Разветвители

Ø Представляют собой два параллельных волокна, лишённые оболочки и соприкасающиеся между собой. Соприкосновение и фиксация волокон достигается при высоких температурах. Объединители и разветвители могут строиться на элементах микрооптики, включая микролинзы и частично-прозрачные зеркала с заданным коэффициентом деления.

Активное волокно

Ø Волокно, способное усиливать или генерировать сигнал определённой частоты. Это достигается введением в кварцевое волокно редкоземельных металлов в зависимости от требуемой частоты усиления.

Пассивное волокно

Ø Волокно, не обладающее свойствами усиления. Используется для соединения волоконно-оптических компонентов между собой, а также для увеличения общей протяженности оптической схемы, если это необходимо.

Диоды накачки

Ø Как и в случае обычных лазеров для начала усиления и генерации необходима накачка активной среды. Для накачки активных волокон используют полупроводниковые лазерные диоды.