Фотоника

Так, в описании монографии "Biophotonics / Optical Science and Engineering for the 21st Century", вышедшей в 2005-м г. в издательстве SpringerVerlag, сказано: "It is now well established that all living systems emit a weak but permanent photon flux in the visible and ultraviolet range. This biophoton emission is correlated with many, if not all, biological and physiological functions. There are indications of a hitherto-overlooked information channel within the living system. Biophotonsmay trigger chemical reactivity in cells, growth control, differentiation and intercellular communication, i.e. biological rhythms. The basic experimental and theoretical framework as well as the technical problems and the wide field of applications in the biotechnical, biomedical engineering, engineering, medicine, pharmacology, environmental science and basic science fields are presented in this book."

Все отличия от теренинского определения здесь сводятся только к ограничению биологическими аспектами, что и внесено в сам термин, биофотоника.

 

 Технический смысл термина "фотоника" сейчас, пожалуй, более распространен. Даже российский образовательный сайт http://photonica.ru определяет предмет своих интересов как: "оптика, лазеры, оптоэлектроника, системы видения, волоконная оптика". И в перечне центров, занимающихся фотоникой, приведено 13 адресов, но это не все.

 

 

1. ПОСЛЕДНИЕ ДОСТИЖЕНИЯ ФОТОНИКИ.

Компьютерная эволюция – встреча реального и виртуального. Оптоинформатика. Прорыв в технологиях передачи данных.

 

Компьютерная эволюция.

Раньше требовалось по нескольку тысяч лет для того, чтобы человечество перешло от каменных к бронзовым технологиям, потом к железным, стальным. Не осталось ни одного живого свидетеля тому технологическому прорыву.

В наше время здравствуют и поныне, те люди, кто пережил весьгенезис компьютеров! Начиная с ранних электромеханических устройств разрабатываемых в Блетчли Парк (Bletchley Park) во время Второй мировой войне, до множества компьютерных чипов, позволяющих играть в игры на компьютере со сложной реалистичной графикой, к примеру таких, как научно-фантастический шутер от первого лица Кризис (Crysis).

В 2010 году достижения «научно-технологического фронта» были направлены на увеличение времени автономной работы электронных устройств, снижения энергопотребления и были даже намеки на прозрачные, носимые компьютеры, которые перекочевали и в одиннадцатый и в двенадцатый год.

Вы, наверное, не будете удивлены, узнав, что основные достижения 2011 года были связаны с мобильными компьютерами — умными телефонами и, действительно, если какой-то год можно было бы назвать годом смартфонов, то это был бы 2011.

 

Оптоинформатика.

Следующим заметным достижением ушедшего года стало развитие сектора оптических сетей, а именно, увеличении их протяженности (Fiber to the Building), скорости передачи данных и разработка квантовых фотонных чипов.

Сейчас, в основном, волоконно-оптические сети связывают узлы связи (Fiber to the Node), а домашние и офисные локальных сети по-прежнему на медном кабеле. В ближайшем будущем оптические телекоммуникационные системы расширят свою сеть если не до дома, то до здания.

Скорее всего этот процесс не затянется на столетия, буквально вот-вот, многопроцессорные компьютеры с оптической межпроцессорной связью (квантовые фотонные процессоры) найдут свое место в повседневной жизни — имя им «оптокомы» и «светофоны».

Этот переход, на оптическую технику, обеспечит лучшее шифрование данных, а в конечном итоге увеличится эффективность отдельных видов вычислений. Кроме того, снизится энергопотребление вместе с тепловыделением свойственное нынешним процессам миниатюризации. Некоторые элементы фотонных чипов приближены к размерам молекул.

Сейчас магистральные сети оптические, а компьютеры обрабатывающие их сигнал базируются на электронных чипах. Естественно, что оптический компьютер, в котором свет управляет светом, будет завязан в такую же «световую» сеть.

 

Фотоника.

В принципе, в науке изучающей распространение энергии, состоящей из частиц света, заинтересованы не только интернет-сети (см. Википедию).

Создание информационного светового потока само по себе требует мощных лазеров и какого-то, пластикового (стеклянного) волокна, сложного в производстве. В итоге, даже если протянуть все эти сети от лазера до оптического компьютера в доме (Fiber to the Home), включение и поддержка всей этой «иллюминации» потребует много нового дорогого оборудования.

В 2011 году ряд открытий и инноваций, кажется, стерли всякие такие барьеры и приблизили компьютерную фотонику непосредственно к серийному производству.

 

«Диод для света» — новый компонент фотонных чипов.

 

 

Рис. 6.1. Garnet — гранат, Si — rремний, SiO2 — оксид кремния (кремнезём).

 

Все мы отчасти знакомы с обычными светодиодами (LED). Их можно назвать краеугольным камнем современных технологий для потребителя, поскольку, благодаря им, светодиодам, возможно изготовление тонких и легких телевизоров и смартфонов. Светодиоды постепенно начинают играть значительную роль в домашнем хозяйстве, например, в виде обычных ламп освещения. Используются для «карманного» и автомобильного освещения.

Новый компонент — «диод для света», аналогичен обычному светодиоду, работает со светом. Когда по оптоволокну проходит сигнал в виде пучка света, к вашему компьютеру, сейчас, он доходит преобразованным в электрический и дальше внутри компьютера, все данные переносятся с помощью электронов.

Суть последних разработок: избавиться от преобразования светового сигнала (фотонов) в электрический (электронов) на всем протяжении прохождения по цепи. Если раньше процессы протекающие в чипе можно было описать как фотон-электрон-фотон, то сейчас, благодаря «диоду для света» встроенному в чип — фотон-фотон. Оптический компьютер становится реальностью.

 

Рис. 6.2.

 

Это значит, что по волоконно-оптической сети к компьютеру может подводиться сразу несколько пучков информации без преобразования и замедления сигнала. Скорость света превосходит скорость компьютера на электронах. По медным проводам может проходить только один электронный поток данных.

Не будем углубляться в техническую сторону открытия, скажем, лишь то, что для изготовления «диода для света» использовался природный камень гранат. Всё изготавливалось на стандартном производственном оборудовании.

 

В 2020 году компьютер Sony может стать наручным.

Мобильность и динамика одни из важных критериев развития компьютерной техники. Пользователи, а кто сегодня не пользователь? :), вряд ли представляют свою обычную жизнь без ноутбука и мобильного телефона.

Эта составляющая стала основной идеей в реализации концепции Sony Nextep с гибким сенсорным экраном. Дизайнер Хироми Кирики (Hiromi Kiriki) разработал концепт предназначенный для ношения на руке. Звучит более чем фантастически, но стоит отметить, что нынешние технологии вполне могут себе это позволить. Если же ваш ритм жизни уже сегодня сравним с будущим 2020.

Компьютер на запястье, напоминает большие часы. Проектировщик реализовал идею основанной на гибком сенсорном экране, изготовленный по OLED технологии. Устройство раскрывается и готово к работе.

Sony Nextep использует голографию, чтобы проецировать экран для крупномасштабных просмотра. Раздвоенная клавиатура выдвигается из-под корпуса. Конечно присутствует, поддержка социальных сетей.

Через десять лет, гибкие органические светодиодные сенсорные дисплеи будут обычным явлением. Компьютер станет меньше, миниатюрнее и почему бы ему не разместиться на запястье?

Рис. 6.3.

 

Модный компьютер-браслет Holo 2/0.

Компьютер, который будет настолько компактен, что его можно будет сравнить по размерам с очками или наручными часами. Гибкий браслет изготовлен из специального пластика.

Модный и стильный, да, компьютер может быть таким. Оснащенный экологически чистыми источниками питания, обладающий голографическим дисплеем, и, конечно, может быть готов к использованию в любое время, в любом месте.

Рис. 6.4.

 

Holo 2/0 это проект, призванный  стать прототипом компьютера  будущего. Гаджет со многими функциями  позволяет подключаться к Интернету, где угодно и когда угодно!

Холо 2/0 использует кинетически заряжаемые аккумуляторы, источник питания которых движения и взмахи руки.

Он оснащен интерактивным голографическим дисплеем и в любой момент может превратиться в настольный компьютер. Для этого гаджет устанавливается в док-станцию и проецирует большой экран. Основным преимуществом этого гаджета является его минимальный размер, с полной функции ноутбука: 140мм (длина), 20mm (ширина), 2,5 мм (минимальная толщина), и 10 мм (максимальная толщина).

Рис. 6.5.

 

Рис. 6.6.

 

 

 

 

Компьютеры будущего – встреча реального и виртуального.

Существует множество предположений, как дальше будет развиваться компьютерная индустрия. И все они сводятся к одному, что в вскоре наступит время придельного минимализма.

 

Рис. 6.7.

 

Эта идея развивается в дизайнерском концепте Якуба Захора, он утверждает, что в скором времени настольный компьютер будущего будет размером с нынешнюю компьютерную мышь. В этом максимально компактном корпусе расположено все, что необходимо вычислительной машине: блок питания, оперативная и постоянная память, процессор, и голографический интерактивный проектор, который способен создавать виртуальный монитор на любой поверхности из стекла.

Размеры компьютера на немного больше чем ладонь человека. Конечно же, производительность такой машины будет очень скромной, но с удобством такого компьютера не поспоришь. Даже не обращается внимания на весьма скромную продолжительность автономной работы, потому что такая игрушка будет очень требовательной к ресурсам аккумулятора. В связи с этим абонентское обслуживание компьютеров фирм владеющих такими компьютерами, скорее всего, будет заключаться в предоставлении дополнительных источников энергии.

 

Рис. 6.8.

 

Рис. 6.9.

 

Но это далеко не все новые технологии и разработки. Ведь новаторы никогда не дремлют и не перестают трудиться. Именно поэтому на рынке сегодня такое множество потрясающих электронных устройств: «умные» телефоны, ноутбуки подстроили под свой размер весь мир, сегодня почти любая мечта находится от нас в одном клике. Но ошибочное мнение, что высочайшие технологии сейчас находятся на своем пике и что уже ничего нового придумать нельзя.

Фантазия человека безгранична, доказательством этого стал дизайнер из Кореи Юри Ку, который разработал концепт Activator PC, он является полноценным компьютером, находящимся в шариковой ручке.

 

Рис. 6.10.

 

По замыслу дизайнера, компьютер Activator должен сочетать в себе средства управления и электронные устройства сразу, необходимо только выбрать правильную программу и сделать рисунок на любой поверхности нужного устройства.

 

Рис. 6.11.

 

Рис. 6.12.

 

Intel: кремниевая фотоника готовит  прорыв в технологиях передачи  данных.

Компания Intel объявила о достижении на пути к переходу от традиционных электронных цепей к световым лучам для передачи информации внутри компьютеров и между ними. Корпорация создала прототип первого в миреоптического канала передачи данных с интегрированными лазерами. Соединение позволяет передавать данные гораздо быстрее и на большие расстояния по сравнению с существующими электронными способами передачи данных. Пропускная способность оптических каналов достигает 50 Гбайт/с. Это эквивалентно передаче фильма HD качества каждую секунду.

Рис. 6.13.

 

Silicon Photonics Link.

Компоненты современных компьютеров соединяются друг с другом при помощи медных кабелей и проводников. Применение для передачи данных металлов чревато помехами, ограничивающими максимальную длину проводников. Это, в свою очередь, накладывает ограничения на устройство компьютеров: процессоры, память и другие компоненты приходится размещать на минимальных расстояниях друг от друга. Сегодняшний результат исследований стал очередным шагом к замене этих соединений тонкими и легкими оптическими волокнами, способными передавать гораздо больше данных на значительно увеличенные расстояния. Это радикально изменит подход к проектированию компьютеров будущего, повлияет на архитектуру центров данных завтрашнего дня.

Кремниевая фотоника будет иметь применение во всей компьютерной индустрии. Например, можно представить себе 3D display размером со стену для домашнего развлечения и видеокоференций с таким высоким разрешением, что актеры или члены семьи на экране словно находятся с вами в одной комнате. Компоненты центра данных или суперкомпьютера будущего могут быть разнесены по всему зданию или даже комплексу. При этом обмен информацией между ними будет вестись с высокой скоростью, выгодно отличаясь от возможностей тяжелых медных кабелей. Пользователи центров обработки данных, поисковых служб, «облачных» вычислений, финансовых центров смогут повысить энергоэффективность, расширить свои возможности и существенно сэкономить на площадях и электроэнергии. Для ученых это перспективы создания еще более мощных суперкомпьютеров для решения важнейших проблем человечества.