Фотоника – сравнительно новый термин, иногда трактуется так же широко, как например, электроника с заменой, естественно, электронов на фотоны. Фотонные устройства, в перспективе, будут иметь гигантские преимущества перед электронными устройствами. Так, например, фотоны, в отличие от электронов, не имеют веса и не создают сопротивления.
Поэтому, фотонные устройства могут формировать импульсы длительностью менее 10 -15 секунды, что примерно на 5-6 порядков меньше длительности самых коротких импульсов, формируемых электронными устройствами. Более того, в некоторых источниках говорится даже об аттосекундных (10-18 секунды) импульсах. А, кроме того, в сфокусированном свете, создаваемом лазерами, концентрируется наивысшая энергия, известная в мире.
В настоящий момент в мире уже создана полноценная многопрофильная фотонная промышленность, которая специализируется на разработке и производстве твёрдотельных источников света (полупроводниковых лазеров и светоизлучающих диодов), оптических шин данных, оптических носителей информации типа CD, DVD, голографических сред, жидкокристаллических экранов, установок машинного зрения, компонентов оптоволоконных линий связи и т.д.
Фотоника покрывает широкий спектр оптических, электрооптических и оптоэлектронных устройств и их разнообразных применений. Коренные области исследований фотоники включают волоконную и интегральную оптику, в том числе нелинейную оптику, физику и технологию полупроводниковых соединений, полупроводниковые лазеры, оптоэлектронные устройства, высокоскоростные электронные устройства.
Практически все элементы фотоники широко применяются в ядерно-физических экспериментах. Особенно активно элементы фотоники используются в экспериментах относительно новой области физики Astroparticle Physics или космомикрофизики, как называют эту область у нас в стране. Элементы фотоники и фотонные методы используются в подавляющем большинстве современных космомикрофизических экспериментов. Как правило, детекторы фотонов являются базовыми детектирующими элементами в этих экспериментах и зачастую используются в огромных количествах.
Важно отметить, что компьютерная фотоника является областью информационных технологий и обеспечивает решение проблем формирования, преобразования, передачи, обработки и визуализации изображений. В последние годы эффективность информационных технологий рассматривается с позиций соотношения качества обслуживания и стоимости создаваемых систем, что является важнейшим критерием развития информационных технологий.
Системы компьютерной фотоники основываются на достижениях фундаментальной науки и ориентированы на актуальные потребности современного информационного общества
В этой связи далеко не случайно, что в Европе фотоника признана одной из шести ключевых технологий сегодняшнего дня. С этой целью были приняты достаточно масштабные программы, в рамках которых выделяются значительные средства на исследования и разработки в данной сфере. В США фотоника признана первостепенной технологией для страны. В Китае принята специальная государственная целевая программа, благодаря чему за последние годы было создано более пяти тысяч (!) предприятий лазерно-оптической специализации. Неплохо это направление развивается также в Японии и Южной Корее.
Темпы развития фотоники впечатляют. Количество работ по этой тематике возросло в 3 раза; стоимость продукции увеличилась более чем в 4 раза; количество патентов возросло в 3 раза.
В связи с важностью фотоники для современной цивилизации, 2015 год, был даже объявлен «годом света». По этому поводу в мире было проведено более 10 тысяч различных научных мероприятий – конференций, семинаров, фестивалей, посвященных темам, связанным с фотоникой.
Лидирующее положение на рынке фотоники занимает сейчас школа Валентина Павловича Гапонцева. Компания IPG Photonics, которую он возглавляет, выпускает 40 процентов волоконных лазеров в мире.
«В России мы имеем сотни предприятий и организаций, кто занимается фотоникой. Они проводят научные исследования и публикуют научные статьи, выпускают продукцию, которую можно заказать и купить, готовят профильные кадры, — рассказывает президент Лазерной ассоциации России Иван Ковш. — Сюда входят академические и отраслевые институты, университеты, предприятия, КБ, но вообще наша область — это малые предприятия. Около 350 малых предприятий производят 70 процентов всей гражданской фотоники в России, примерно две тысячи моделей — это оптические элементы, какие-то источники излучения и другие виды продукции».
Одной из существенных задач для отрасли является не только создание, но и продвижение технологии в практику, и очень мощный инструмент для этого — региональные отраслевые центры компетенции. Сейчас они используются во всем мире, и у нас в стране тоже есть такой опыт. Например, пять российско-германских центров были созданы в России в течение последних десяти лет в рамках российско-германского соглашения о научно-техническом сотрудничестве в области лазеров и оптических технологий. Немцами было поставлено новейшее оборудование, центры работают в пяти городах, они небольшие, по 5–8 человек. За десять лет через них прошло 1,5 тысячи предприятий. И каждое третье из них стало сегодня пользователем лазерных технологий в обработке материалов.
В университете ИТМО существует Мегафакультет фотоники со множеством образовательных и научных подразделений. В него входят Факультет фотоники и оптоинформатики, Факультет лазерной и световой инженерии, Физико-технический факультет, а также ряд международных научных центров, НИИ и лабораторий, исследования которых связаны с фотоникой.
Сегодня специалисты в области фотоники изучают полупроводниковые соединения с точки зрения физики и технологии, работают над наноматериалами, изучают свойства новых оптических волокон и фотонных кристаллов, а также решают, как добиться наиболее быстрой передачи оптических сигналов; создают и внедряют разработки на основе фотонных технологий. Фотонные устройства используются для генерации, передачи и записи информации, для преобразования светового и теплового излучений в электрическую энергию, в медицине, а также для множества других целей.
Учёные, которые занимаются фотоникой, работают над квантовыми компьютерами и квантовыми коммуникациями (создание сети, в которой данные защищаются с помощью фундаментальных законов квантовой механики). А квантовая криптография — это путь к изучению возможностей квантовой телепортации, которая предполагает телепортирование состояний. Велика вероятность, что именно из фотоники когда-нибудь «родится» искусственный разум.
И вообще, велика вероятность того, что 21-й век будут называть веком фотона, по аналогии с тем, как 20-й век называли веком электрона.
В пользу этого говорит и то, что электроника, в настоящий момент, уже подошла к своим потенциальным физическим пределам, хотя появление новых материалов, например графена, вероятно, ещё продлит на некоторое время “агонию” традиционной электроники…. Но лишь на некоторое время…