Толқын жүргізгіш фотониканың жетістіктері мен келешегі

Аңдатпа

Бұл жұмыста ғылыми-техникалық бағыттар өзегі болып табылатын цивилизациясының дамуы фотоника қаралады. Фотоника мәселесінің түсінігі мен шешімі зерттелді. Өндірістің оптимальды технологиясын іздеуді тездетуге, жобаланған құрылғылардың сапасы мен дәлділігін арттыруға мүмкіндік беретін оптикалық техникаларды дайындау және математикалық модельдеуді қолдану, есептеуіш компьютерлік тәжірибе мәселесінің сәтті шешімі қорытындысы берілген. Фотониканың тарихи даму кезендері көрсетілген, қазіргі кезде энергия мен ақпарат тасымалдауыш ретінде фотонның рөлі анықталған. Кванттық деңгейде түсіну үшін қажетті физиканың теориялық негіздері, фотониканың ғылыми және нанотехнологиялық негіздері келтірілген. Лазерлер мен оптикалық талшықтардың жұмыс істеу принципі, фотон негізіндегі компьютерлердің алға қарай даму тенденциясы мен перспективасы қарастырылған. Ақпаратты алу, өңдеу, сақтау, жеткізу және көрсету үшін оптоэлектроника құралдары, соның ішінде көрсеткіш жүйелер, сигнал қалыптастырғаштары, талшықты-оптикалық беру желілері, күн энергиясын түрлендіргіштері және басқаларды қоса алғанда, жетекші орын алатыны көрсетілген.

Электроника секілді фотониканы оптикалық компьютерлерді жасауда қолдану үдемелі кеңейіп келе жатыр, сондықтанда болашақта біз электрондармен емес, фотондармен жұмыс жасауымыз ғажап емес. Сәйкес жобалық конструкторлық жұмыстар қазірде сәтті жолға қойылған. Оптикалық компьютерлер электрондыққа қарағанда ақпараттың мол қорын өңдей алады. Дегенмен, оптикалық компьютерлер электронды компьютерлер ді жақын уақытта толықтай нарықтан шығарып тастауы екі талай, сонымен бірге, электронды құрылғылардың қуатын арттыру мақсатында сәйкес оптикалық блоктарды қосу көзделуде [1]. Ғылыми-техникалық бағыттар өзегі болып табылатын цивилизациясының дамуы фотоникада қаралады.

Жақын болашақта ол өлшеу аппаратурасының маңызды сипаттамаларын өзгертеді, жахандық экономикалық, әлеуметтік және экологиялық процесстерді тиімді басқару жүйесін дайындауды тездетеді және адамның өмір сүру деңгейі сапасын арттырады.

Фотон электронмен ақпарат тасушы және жоғарғы тығыздықтағы энергия ретінде бәсекеге түседі. Erep электроника наноөлшемнің "жоғарғы" диапазонын (10...100 нм) қамтыса, ал фотоника "төменгі" диапазонды (1...10 нм) қамтудың ерекше тәсілін көрсетеді. Нәтижесінде жартылай өткізгіш материалдардан ақпаратты өңдейтін және сақтайтын наноэлементтер жасауға болады. Оларда ерекше кванттық құрылымдар қолданылады: ноль өлшемді, бір өлшемді және екі

өлшемді. Бұл ақпаратты сақтауға арналған аз габаритті құрылғылар шығаруға сапалы көтерілуге, компьютерлердің жылдам жұмыс істеу деңгейінің артуына, жоғарғы тығыздықтағы энергияларды шығаратын жаңа көздерді дайындауға және т.б. мүмкіндік береді [2].

Erep жердегі электрлік энергияның 20% жарықтандыруға кететінін ескерсек, кең көлемдегі электр үнемдеуді жақын жылдары бірдей жарық беруде бес есе аз энергия жұмсауға мүмкіндік беретін жарық таратқыш диодты жаңа кезеңнің лампалары береді.

Заманауи оптикалық техниканың әртүрлі облыстарында: жоғары дәлдіктегі оптикалық құрылғыларда, биосенсорларда, кремнийлі фотоникада, талшықты- оптикалық байланыс желілерінде және басқаларында желілі емес оптикалық эффекттер жиі қолданылады.

Қуатты оптикалық сәуле таратқыштардың дайындалуына байланысты желілі емес оптиканың практикалық қолданылу облысы үздіксіз артуда. Бұл талшықты оптиканың кең көлемдегі тығыздықтағы энергияны аз шығынсыз ұзақ қашықтыққа беруіне мүмкіндік береді.

Ақпараттық жүйелерде оптоэлектроника маңызды орын ала бастады. Адам алатын ақпараттың 90% астамы бейне хабар құрайды екен. Ақпаратты алу, өңдеу, сақтау, жеткізу және көрсету үшін оптоэлектроника құралдары, соның ішінде көрсеткіш жүйелер, сигнал қалыптастырғаштары, талшықты-оптикалық беру желілері, күн энергиясын түрлендіргіштері және басқаларды қоса алғанда, жетекші орын алады. Қазіргі оптоэлектроника шығарылатын өнімнің көптігімен сипатталады, соның ішінде индикатор бағыты бағалық жағынан алда (сурет 1.).

Оптоэлектрондық өнімнің перспективтік сапасы жаңа жоғарғы тиімді жартылай өткізгіш материалдарының жасау технологиясына және соның негізіндегі құрылымына байланысты. Сонымен қатар, оптоэлектрониканың елеулі табыстарына қарамастан оның бүгінгі жағдайын электрониканың транзистор ашылуына дейінгі жағдайымен салыстыруға болады дегенде көзқарас бар. Әдетте, замануи оптоэлектрондық өнім негізінде дискретті элемент түрінде сатылады. Құралдардың функционалдық си патта мала рында елеулі өзгерістер болғаннан кейін, оптоэлектрондық нарықтың кұрт кеңейю күтілуде. Мұндай сапалы жаңа оптоэлектрондық бұйымдарға ойлауы адам мыйна ұқсас оптоэлектрондық компьютерлер, нысан қозғалысын автоматты түрде айыратын адам көзінің сипаттамасын имитациялайтын стереоскоп иялық жүйелер жатады.

Оптоэлектрондық датчиктер технологиясының әрі қарай дамуына байланысты тек қана көрінетін емес, сонымен қатар рентген, үльтракүлгін және инфрақызыл суретті өңдеу және көрсету нақты болады, сонымен қатар ультрадыбыс өрісін көруге болады. Оптоэлектрондық қондырғылардың басты кемшілігі болып электрондық және фотондық құралдардың арасындағы алмасу кезіндегі энергияның едәуір жойылуы саналады. Осы жоғалтуды азайту ұмтылысы тек қана оптикалық принциптегі ақпараттық-телекоммуникациялық технологияларға әкеледі. Әзірше, фотондарды электрон сияқты тиімді басқару әлде мұмкін емес болсада, барлық жерде оптикалық талшық байланыс жүйелері қолданылуда, себебі олармен берілетін ақпараттың жылдамдығы электр желісіндегі жылдамдықтан көп есе артық. Шынында, оптоталшықтық байланыс жүйесіз замануи Интернетте болмас еді. Ақпаратты өте тығыз жазу оптикалық жүйелері жасалуда. Сандық оптикалық компьютерлердің элементтері жасалды. Оптиканың информатикаға қосатын үлесі бұл оптикалық компьютер мен жасанды интеллектіні жасау. Ақпараттық технологияда оптика мүмкіндігін пайдалану үшін оптикалық сигналдарды генерациялайтын, детектірлейтін наноөлшемдік қондырғыларды [3], сонымен қатар жарық пен басқарылатын оптикалық логикалық элементтерді жасау технологиясын жетілдіру қажет. Микрочип элементіне қарағанда элементар оптикалық ұяшық аз энергия жұмсау керек, үлкен массивтерге интеграцияланады және көптеген сәйкес элементтермен байланыс мүмкіндігі болады. Осындай ұяшықты жасау фотониканың алғашқы оң жылдықтағы негізгі есебі болып саналады.

Фотониканың пайда болуы мен дамуы қазіргі кванттық физиканың фундаментальды жетістіктерінің арқасында мүмкін болды [4].

Желілі емес оптика заңдарын, физика-математика білімінің іргетасын білмей фотоника мәселесін түсіну және шешу ақылға симайды.Оптикалық техниканы жасау мәселесінің сәтті шешім табуы оптикалық материалдарды жэне осы техниканың оптика-электрондық бөлшектерін өндіру технологиясының күйі мен деңгейіне байланысты. Математикалық модельдеуді, есептеуіш компьютерлік экспериментті қолдану өндірістің оптимальды технологиясын іздеуге, жобаланған құрылғылардың сапасы мен дәлдігін көтеруге мүмкіндік береді.

 

Әдебиеттер тізімі:

  1. Дмитриев В.Г., Тарасов Л.В. Прикладная нелинейная оптика. - M.: Физматлит, 2004. -512 с.
  2. Ефимов А.М. Оптические свойства материалов и механизмы их формирования. - СПб., 2008. -103 с.
  3. Нанотехнологии. Азбука для всех. - M.: Физматлит, 2009. - 368 с.
  4. Розанов Н.Н. Нелинейная оптика. Ч. I. Уравнения распространения излучения и нелинейный отклик среды. - СПб., 2008. - 95 с.
Жыл: 2017
Қала: Атырау
Категория: Тарих