Fotonika

Bir modali fotonik kristallning tolasidan chiqadigan ultra keng polosali lazer nurining koʻrinishi, buzilish boʻlmasa (oq nuqta).

Fotónika — optik signallarning fundamental va amaliy qoʻllanishi va ularning asosida turli maqsadlar uchun qurilmalarni yaratish haqidagi fan.

Umumiy maʼlumot

Fotonika asosan elektronlar oʻrniga elektromagnit maydon kvantlaridan — fotonlardan foydalanadigan elektronikaning analogidir. Fotonik signallarni qayta ishlash texnologiyalari energiya yoʻqotilishini va qurilmalar hajmini kamaytirishga imkon beradi

Shunday qilib, fotonika:

• koʻrinadigan va yaqin koʻrinadigan spektrda fotonlarni yaratish, nazorat qilish va aniqlashni oʻrganadi. Jumladan, ultrabinafsha (toʻlqin uzunligi 10…380 nm), uzok infraqizil (toʻlqin uzunligi 15…150 mkm), bunda bugungi kunda faol rivojlanmoqda kaskad lazerlar.
• Optik signallarni boshqarish va oʻzgartirish bilan shugʻullanadi va optik tolalar orqali maʼlumot uzatishdan tortib, atrof-muhitdagi eng kichik oʻzgarishlarga koʻra yorugʻlik signallarini modulyatsiya qiluvchi yangi sensorlarni yaratishgacha boʻlgan keng qoʻllanmalarga ega.

Fotonika optik, elektro-optik va optoelektronik qurilmalarning keng doirasini va ularning turli xil ilovalarini qamrab oladi. Fotonikani oʻrganish sohalariga tolali va integral optika, jumladan, chiziqli bo'lmagan optika, yarimoʻtkazgichli birikmalar fizikasi va texnologiyasi, yarimoʻtkazgich lazerlari, optoelektronik qurilmalar, yuqori tezlikdagi elektron qurilmalar kiradi.

Baʼzi maʼlumotlarga koʻra, yangi, umumlashtirilgan „fotonika“ atamasi asta-sekin „optika“ atamasini almashtirmoqda.

Hikoya

Fotonika fan sohasi sifatida 1960 yilda lazerning ham 1970-yillarda lazer diodining ixtiro qilinishi bilan boshlandi, keyin yorugʻlik usullaridan foydalangan holda maʼlumot uzatish vositasi sifatida optik tolali aloqa tizimlarining rivojlanishi boshlandi. Ushbu ixtirolar XX-asr oxiridagi telekommunikatsiya inqilobi uchun asos boʻlib, Internetning rivojlanishiga turtki boʻldi.

Tarixiy ravishda „fotonika“ atamasi ilmiy jamoatchilikda qoʻllanishining boshlanishi 1967 yilda akademik A. N. Tereninning „Boʻyoq molekulalarining fotonikasi“ kitobining nashr etilishi bilan bogʻliq. Uch yil oldin, uning tashabbusi bilan Leningrad davlat universitetining fizika fakultetida biomolekulyar va fotonlar fizikasi kafedrasi tashkil etilgan. Fotonika kafedrasi deb ataladi.

A. N. Terenin fotonikani „oʻzaro bogʻliq boʻlgan fotofizik va fotokimyoviy jarayonlar toʻplami“ deb taʼriflagan. Jahon fanida fotonikaning keyingi va kengroq taʼrifi fotonlar axborot tashuvchisi boʻlgan tizimlarni oʻrganadigan fan sohasi sifatida keng tarqaldi. Shu maʼnoda, „fotonika“ atamasi birinchi marta 1970 yilda Denverda (AQSh) boʻlib oʻtgan yuqori tezlikdagi fotosuratlar boʻyicha 9-xalqaro kongressda tilga olingan.

„Fotonika“ atamasi 1980-yillarda telekommunikatsiya tarmoqlari provayderlari tomonidan elektron maʼlumotlarni optik tolali uzatishning keng qoʻllanishi bilan bogʻliq holda keng qoʻllanila boshlandi (garchi optik tolali ilgari tor foydalanishda ishlatilgan boʻlsa ham). IEEE hamjamiyati 1980-yillarning oxirida „Fotonika texnologiyasi xatlari“ deb nomlangan arxiv qogʻozini yaratganida bu atamaning qoʻllanishi tasdiqlandi.

Bu davrda, taxminan 2001 yilgacha, fotonika asosan telekommunikatsiya sohasida toʻplangan. 2001 yildan boshlab unga quyidagilar ham tegishli boʻldi:

• lazer ishlab chiqarish ,
• biologik va kimyoviy tadqiqotlar,
• iqlim oʻzgarishi va atrof-muhit monitoringi,
• tibbiy diagnostika va terapiya,
• koʻrsatish va proektsiyalash texnologiyasi,
• optik hisoblash.

Istiqbolli ishlanmalar

2015-yilda Moskva davlat universitetida kremniy nanostrukturalari asosidagi o‘ta tezkor fotonik kalit yaratildi, bu kelajakda maʼlumotlarni soniyasiga o‘nlab va yuzlab terabit tezlikda uzatish va qayta ishlash qurilmalarini yaratish imkonini beradi.

Fanlararo sohalar

Yuqori global ilmiy-texnik faollik va yangi natijalarga boʻlgan katta talab tufayli fotonikda yangi va yangi fanlararo sohalar paydo boʻlmoqda:

• Mikrotoʻlqinli fotonik optik signal va yuqori chastotali (1 gigagertsdan ortiq) elektr signali oʻrtasidagi oʻzaro taʼsirni oʻrganadi. Ushbu sohada optik-mikrotoʻlqinli oʻzaro taʼsir asoslari, ultra yuqori chastotalar fotonik qurilmalarning ishlashi, mikrotoʻlqinli qurilmalarning fotonik nazorati, yuqori chastotali uzatish liniyalari va mikrotoʻlqinli davrlarda turli funktsiyalarni bajarish uchun fotoniklardan foydalanish kiradi.
• Kompyuter fotonikasi zamonaviy fizik va kvant optikasini, matematika va kompyuter texnologiyalarini birlashtiradi va yangi gʻoyalar, usullar va texnologiyalarni amalga oshirish mumkin boʻlgan faol rivojlanish bosqichidadir.
• Optoinformatika — optik texnologiyalar asosida axborotni uzatish, qabul qilish, qayta ishlash, saqlash va namoyish qilish uchun yangi materiallar, texnologiyalar va qurilmalarni oʻrganish, yaratish va ulardan foydalanish bilan bogʻliq fan va texnika sohasi.

Fotonika ham boshqa fan sohalari

Klassik optika

Fotonika optika bilan chambarchas bogʻliq. Biroq, optika yorugʻlik kvantlanishining kashf etilishidan oldin boʻlgan (fotoelektrik effekt 1905 yilda Albert Eynshteyn tomonidan tushuntirilganida). Optika asboblari 1900 yildan ancha oldin maʼlum boʻlgan sindiruvchi linzalar, qaytish oyna va turli xil optik birikmalardir. Shu bilan birga, klassik optikaning asosiy tamoyillari, masalan, Gyuygens qoidasi, Maksvell tenglamalari va yorugʻlik toʻlqinining tekislanishi yorugʻlikning kvant xususiyatlariga bogʻliq emas va optikada ham, fotonikada ham qoʻllanadi.

Zamonaviy optika

Ushbu sohadagi „Fotonika“ atamasi taxminan " Kvant optika ", "Kvant elektronika ", „Elektroptika“, " Optoelektronika " atamalari bilan sinonimdir. Biroq, har bir atama turli ilmiy jamiyatlar tomonidan turli qoʻshimcha maʼnolarga ega: masalan, „kvant optikasi“ atamasi koʻpincha asosiy tadqiqotlarni bildirsa, „Fotonika“ atamasi koʻpincha amaliy tadqiqotlarni bildiradi.