Обсуждаются перспективы развития фотоники, показана значимость и актуальность проведения
исследований в данной области. Раскрыт потенциал, которым обладает фотоника при ответе на
социально-экономические вызовы цифровой трансформации. Продемонстрированы возможности,
открывающиеся при внедрении устройств на основе фотоники в различных технических системах,
предназначенных для повышения безопасности среды обитания и качества жизни человека. Рас-
смотрены структуры и устройства на базе фотоники для таких ключевых приложений как спек-
троскопия, аналоговые оптические вычисления, оптические нейронные сети. Указаны возможные
приложения фотонных сенсоров и спектрометров нового типа, раскрыты их назначение и конку-
рентные преимущества. Рассмотрены сверхточные компактные фотонные спектрометры различ-
ных конфигураций. Обсуждаются преимущества аналоговых вычислителей перед традиционными
электронными устройствами. Рассмотрены структуры нанофотоники, предназначенные для вы-
числения дифференциальных и интегральных операторов, показаны решения для задачи выделе-
ния контуров на изображении. Проанализирована концепция реализации искусственного интел-
лекта на платформе фотоники в виде оптических нейронных сетей. Рассмотрены структуры, со-
стоящие из последовательности дифракционных элементов и основанные на принципе Гюйгенса-
Френеля, а также структуры, состоящие из волноводов, взаимодействующих по принципу интерферометров Маха-Цендера. Приведена оценка мирового рынка фотоники, которая показывает, что
фотоника прочно займѐт своѐ место в индустрии будущего
Монография посвящена актуальной проблеме современной фотоники:
разработке высокочувствительных и быстродействующих сверхпроводни-
ковых однофотонных детекторов на основе тонкой пленки NbN. В работе
исследуются неравновесные процессы, протекающие в тонкой сверхпрово-
дящей пленке после поглощения инфракрасного фотона и приводящие к воз-
никновению резистивного состояния. На этих процессах основан механизм
фотоотклика исследуемого в работе однофотонного детектора. В частности,
исследуются зависимости квантовой эффективности и скорости темнового
счета от геометрических параметров детектора: толщины пленки, ширины
полоски, а также от величины транспортного тока детектора.
Монография предназначена для студентов старших курсов, аспирантов
и начинающих исследователей, работающих в области сверхпроводниковой
наноэлектроники и радиофизики
This document has been prepared by the financial support of European Union. The authors from Riga Technical University and Belarusian State University are responsible for the content of
this document. This publication reflects the views only of the authors, and it cannot be regarded as the European Union’s official position.
The book is developed in a frame of the project “ERASMUS+ Capacity-building in the Field of Higher Education 2015 Call for Proposals EAC/A04/2014 561525-EPP-1-2015-1-LV-EPPKA2-CBHE-JP - ERASMUS+ CBHE.
The textbook is devised for students of applied physic and electrical engineering specialties.
The textbook can be useful for students and professionals focusing on photonics issues. The book gives overview of current laser physics and nonlinear optics, coherent optics and holography, optical waveguides and optoelectronics, basics of nanophotonics as well as
possible areas of their application.
Получение, обработка, передача и хранение информации является неотъемлемой частью
созидательной деятельности современного общества. Прогресс XX века во многом обусловлен
развитием методов и средств передачи и обработки информационных сигналов с использова-
нием электромагнитных волн [1–5]. Появление полупроводниковой микроэлектроники [6, 7],
лазерной техники [8–12] и оптоволоконных линий связи [13, 14] привело к созданию гло-
бальной сети Интернет, повсеместному распространению средств коммуникации, вычисли-
тельных устройств и персональных компьютеров, цифровых средств радио-электронной и
оптико-электронной регистрации и мониторинга, а также компактных систем хранения дан-
ных. Развитие технологий матричных фото-детекторов типа ПЗС и КМОП привело к по-
явлению цифровой фотографии и цифрового видео. В результате количество генерируемой
и накапливаемой цифровой информации имеет тенденции экспоненциального роста, и по
современным оценкам [15] объём глобальной датасферы к 2025 году может достичь 175 ЗБ
(ЗеттаБайт или 1021 Байт). Параллельно с этим, подчиняясь закону Мура, возрастают требо-
вания к вычислительной способности систем обработки больших массивов данных. Уровень
современных вычислительных задач, требует применение устройств [16] с производительно-
стью 1018 вычислительных операций в секунду (OPS). В этой связи создание сверхшироко-
полосных коммуникационных систем с высокой пропускной способностью и стабильностью,
систем надёжного и компактного хранения данных, а также систем обработки с высокой
вычислительной мощностью и низким энергопотреблением является одними из важнейших
задач в современных информационных технологиях
Получение, обработка, передача и хранение информации является неотъемлемой частью
созидательной деятельности современного общества. Прогресс XX века во многом обусловлен
развитием методов и средств передачи и обработки информационных сигналов с использова-
нием электромагнитных волн [1–5]. Появление полупроводниковой микроэлектроники [6, 7],
лазерной техники [8–12] и оптоволоконных линий связи [13, 14] привело к созданию гло-
бальной сети Интернет, повсеместному распространению средств коммуникации, вычисли-
тельных устройств и персональных компьютеров, цифровых средств радио-электронной и
оптико-электронной регистрации и мониторинга, а также компактных систем хранения дан-
ных. Развитие технологий матричных фото-детекторов типа ПЗС и КМОП привело к по-
явлению цифровой фотографии и цифрового видео. В результате количество генерируемой
и накапливаемой цифровой информации имеет тенденции экспоненциального роста, и по
современным оценкам [15] объём глобальной датасферы к 2025 году может достичь 175 ЗБ
(ЗеттаБайт или 1021 Байт). Параллельно с этим, подчиняясь закону Мура, возрастают требо-
вания к вычислительной способности систем обработки больших массивов данных. Уровень
современных вычислительных задач, требует применение устройств [16] с производительно-
стью 1018 вычислительных операций в секунду (OPS). В этой связи создание сверхшироко-
полосных коммуникационных систем с высокой пропускной способностью и стабильностью,
систем надёжного и компактного хранения данных, а также систем обработки с высокой
вычислительной мощностью и низким энергопотреблением является одними из важнейших
задач в современных информационных технологиях.
Использование света для формирования, передачи и детектирования информационных
сигналов является привлекательным благодаря высокой собственной частоте колебаний элек-
тромагнитных волн оптического диапазона (300 ГГц ÷ 3 ПГц), а также возможности сво-
бодного и независимого распространения световых сигналов по воздуху, в стекле и в других
известных прозрачных мате
В пособии представлены методические материалы по курсу «Оптические
системы записи, хранения и отображения информации». Кратко изложены
основные принципы действия оптических, как голографических, так и по-
битовых, систем хранения памяти, сведения об используемых в них свето-
чувствительных материалах, представлены сведения о принципах действия
устройств отображения информации (дисплеев) различных систем.
Учебное пособие предназначено для студентов СПбГУ ИТМО спе-
циальностей NN 2006006802, 010500. Рекомендовано к печати Ученым Со-
ветом факультета фотоники и оптоинформатики, протокол N5 от 18 февра-
ля 2009 г
