Войти

Фотоника: от лазера к «радарному зрению»

7612
9
+10
Фотоника
Иллюстрация на темы "Фотоника, лазерная техника, электроника".
Источник изображения: rbc.ru

В наступающей эре фотоники Россия имеет все шансы занять лидирующие позиции в мире

По мнению экспертов, у России есть все необходимое, чтобы стать мировым лидером в области фотоники. Для этого, в частности, требуется увеличение поддержки государства, привлечение в отрасль крупных инвесторов. Тогда проводимые в лабораториях эксперименты станут превращаться в разработки, разработки – в технологии, а технологии – в реальное производство.


На смену оптике и электронике


Фотоника – это наука о генерации, управлении и обнаружении фотонов (элементарных частиц, квантов электромагнитного излучения, которые способны существовать в вакууме, только двигаясь со скоростью света), а также область физики и технология, связанная с использованием фотонов.


Другими словами, фотоника занимается контролем и преобразованием оптических сигналов: от передачи информации через оптические волокна до создания новых сенсоров, которые модулируют световые сигналы. Некоторые источники отмечают, что термины «оптика» и «электроника» постепенно заменяются обобщенным названием – «фотоника».


Фотоны, в отличие от электронов, не имеют массы и заряда. Поэтому фотонные системы не подвержены влиянию внешних электромагнитных полей и обладают гораздо большей дальностью передачи и шириной полосы пропускания сигнала.


Первым важным техническим устройством, использующим фотоны, был лазер, изобретенный в 1960 году. В 1980-х, после того как в мире начали широко использовать волоконно-оптические передачи, получил распространение и термин «фотоника». До самого конца XX века фотоника в значительной степени была сконцентрирована на телекоммуникациях. В частности, она стала основой для развития Интернета.


Сегодня на смену «телекоммуникационной» фотонике приходит радиофотоника. Это новое направление возникло на стыке радиоэлектроники, волновой оптики, СВЧ-оптоэлектроники и ряда других отраслей науки и промышленного производства. Радиофотоника занимается передачей информации с помощью электромагнитных волн СВЧ-диапазона и фотонных приборов и систем, что позволяет создавать радиочастотные устройства с параметрами, недостижимыми для традиционной электроники.


Достижения и перспективы отечественной фотоники


Российская школа фотоники считается одной из лучших в мире. Достаточно вспомнить Нобелевскую премию по физике 1964 года, которая была вручена Александру Прохорову и Николаю Басову за исследования, приведшие к созданию лазера. Или разработки Жореса Алферова по оптоэлектронике, удостоенные такой же награды в 2000 году.


Уступив западным странам лидерство в области микроэлектроники, Россия планирует обойти конкурентов в другой сфере – в радиофотонике и оборонных технологиях на ее основе. Отечественные ученые считают, что сегодня уже вполне возможно полностью отказаться от электронов в пользу фотонов.


Благодаря тому, что фотоны не имеют массы и летят быстрее, размеры устройств, работающих на принципах фотоники, в сотни раз меньше обычных современных серверов. А скорость передачи данных, напротив, в десятки раз выше.


Беспилотный КАМАЗ на базе КАМАЗ-5350
Источник: http://kamaz.org/

К примеру, сегодня наземная радиолокационная станция (РЛС) представляет собой здание в несколько этажей. А РЛС, использующую принципы радиофотоники, можно будет установить на грузовом автомобиле, к примеру КАМАЗе. Если же объединить несколько таких мобильных комплексов в сеть, их мощь и эффективность станут беспрецедентными. При этом такая сеть будет обладать уникальной устойчивостью к электромагнитным импульсам, возникающим при солнечных магнитных бурях или при близких ударах молний.


В итоге уровень разрешения, скорость и эффективность действия широкополосных радаров станут настолько высокими, что их вполне можно будет называть «радарным зрением».


Применять подобные системы планируется не только в оборонной промышленности, но и в гражданской сфере. К примеру, на транспорте: они смогут мгновенно обнаруживать препятствия на пути высокоскоростных поездов. И даже в жилищно-коммунальном хозяйстве: фотоны способны заменить горячую воду в городских системах теплоснабжения (энергия, распространяемая через фотонно-кристаллическое волокно, преобразуется в тепло с почти 100% КПД).


В настоящее время фотоникой в России занимаются примерно 850 организаций. Большая их часть сосредоточена в Москве и области, Петербурге, Новосибирске и Поволжье. Одним из крупнейших производителей в этой области является КРЭТ.


Сегодня КРЭТ и Фонд перспективных исследований (ФПИ) совместно создают элементную базу радиофотоники для радиоастрономии, радиолокации и других сфер. Соответствующее соглашение компании подписали в начале 2015 года. Проект «Разработка активной фазированной решетки на основе радиофотоники» включает в себя проведение исследований на базе предприятий концерна и разработку универсальной технологии, которая будет положена в основу радаров и систем РЭБ нового поколения.


Из бюджета были выделены сотни миллионов рублей на создание специальной лаборатории, которая обеспечит проведение поисковых научно-исследовательских работ, а также тестирование экспериментальных образцов элементной базы радиофотоники и широкого спектра устройств на ее основе. Планируется, что исследования займут 4,5 года.


Кроме того, специалисты КРЭТ занимаются сейчас расширением областей применения устройств и систем на основе радиофотоники для радиоастрономии, радиолокации, радиосвязи по оптическому волокну, мобильной связи.


«Радиофотоника – это перспективное научное направление, которое в будущем определит вектор развития технологий двойного назначения во всем мире, – считает генеральный директор КРЭТ Николай Колесов. – Для России это будет огромный научный и технический прорыв, который обозначит переход к шестому технологическому укладу».


К 2020 году с помощью новейших технологий КРЭТ планирует создавать эффективные и продвинутые приемо-передающие устройства, радиолокационные станции и другие радиочастотные системы, которые придут на смену существующим. К примеру, использование систем радиооптических фазированных антенных решеток (РОФАР) в перспективе позволит построить сеть уникальных синхронизированных космических и наземных радиотелескопов, а также покрыть фюзеляж самолетов и вертолетов «умной» обшивкой нового типа.


ПАК ФА на МАКС-2015
Источник: Марина Лысцева / fotografersha.livejournal.com

Радарами на основе РОФАР планируется оснастить, например, российский истребитель пятого поколения ПАК ФА, ряд других летательных аппаратов – пилотируемых и беспилотных, а также военно-морские платформы, в частности радиолокационные станции кораблей и подводных лодок.


Системы РОФАР позволят сократить массогабаритные характеристики радиоэлектронного оборудования в 5–7 раз. При этом функции всех современных антенн будет выполнять один перспективный локатор.


Благодаря РОФАР разрешающая способность средств связи и радаров увеличится в десятки раз. Если у современного локатора частота излучения 10 ГГц, 3 см с шириной спектра 1-2 ГГц, то у РОФАР эта частота может составлять от 1 Гц до 100 ГГц одновременно.


Другими словами, радиооптические фазированные антенные решетки способны делать своеобразный «рентгеновский снимок» самолетов, находящихся на удалении более 500 километров, и давать их детализированное, объемное изображение. Более того, поскольку сигнал способен проникать сквозь любые препятствия, включая метровые свинцовые стены, эта технология позволяет заглянуть внутрь объекта, узнать, какую технику он несет, сколько людей в нем находится, и даже разглядеть их лица.

Права на данный материал принадлежат
Материал размещён правообладателем в открытом доступе
  • В новости упоминаются
Похожие новости
28.08.2019
Новые вертолеты и боеприпасы с интеллектом представили на МАКС-2019
03.08.2017
Запредельно быстрый: каким будет российский истребитель шестого поколения
12.01.2016
Владимир Михеев: Наши успехи несколько «подтолкнули» американский ВПК
30.04.2015
КРЭТ: мы создаем аппаратуру для перспективного космического корабля
28.04.2015
КРЭТ будет создавать радары на основе технологий радиофотоники
9 комментариев
№1
20.01.2016 08:27
"...Из бюджета были выделены сотни миллионов рублей на создание специальной лаборатории, которая обеспечит проведение поисковых научно-исследовательских работ, а также тестирование экспериментальных образцов элементной базы радиофотоники и широкого спектра устройств на ее основе. Планируется, что исследования займут 4,5 года...".
"...Кроме того, специалисты КРЭТ занимаются сейчас расширением областей применения устройств и систем на основе радиофотоники для радиоастрономии, радиолокации, радиосвязи по оптическому волокну".   Это слоган!

А где находится эта лаборатория?  Кто - нибудь ее видел?
-2
Сообщить
№2
20.01.2016 10:51
Попытка объясниться, что же скрывается за вновь вводимым термином "радиофотоника". Ок. Похоже, кто-то читает интернет форумы... ;)

Цитата, Статья
Радиофотоника. Это новое направление возникло на стыке радиоэлектроники, волновой оптики, СВЧ-оптоэлектроники и ряда других отраслей науки и промышленного производства.
Но вот далее...

Цитата, Статья
Благодаря тому, что фотоны не имеют массы и летят быстрее, размеры устройств, работающих на принципах фотоники, в сотни раз меньше обычных современных серверов.
- почему именно серверов?! И где сравнения размеров элементарного 'вентиля' для 'классической' микроэлектроники и радиофотоники? И достигнутую/достижимую плотность упаковки на площади укажите...

Цитата, Статья
К примеру, сегодня наземная радиолокационная станция (РЛС) представляет собой здание в несколько этажей.
- похоже Автор имеет ввиду РЛС СПРН, но он точно понимает с чем связан её размер?



Цитата, Статья
Более того, поскольку сигнал способен проникать сквозь любые препятствия, включая метровые свинцовые стены,
- бл#тъ, опять эти "метровые свинцовые стены". Похоже по мнению пиарщиков Ростеха, это даёт +100500 к технологии. Если я правильно понимаю, то "говорящие головы" Ростеха не понимают, что "просвечивание стен" и "радиолокация" это два раздельных направления, которые могут быть реализованы на основе одной технологии. Никто не собирается (кроме пиарщиков) просвечивать "стены" с летящего самолёта. А такое впечатление складывается после чтения пиар-материалов :)

Вот неплохой любительский обзор: "Видеть сквозь стены. Технологии потенциальных 'друзей' "

Цитата, Фотон сообщ. №1
радиосвязи по оптическому волокну".   Это слоган!
- поддерживаю.

P.S. "EnLight256" израильской фирмы Lenslet. Это первый оптический DSP  (с оптическим ядром и электронным обрамлением) выпущенный в 2003 году. Подробнее.
+2
Сообщить
№3
20.01.2016 13:21
Цитата, q
Никто не собирается (кроме пиарщиков) просвечивать "стены" с летящего самолёта. А такое впечатление складывается после чтения пиар-материалов :)
   Ребята просто очень любят голливуд и Шварца=) в фильме "Стиратель"  кажется, стены просвечивали прицелом на супер пупер ружье=)
0
Сообщить
№4
22.01.2016 21:31
Поставил статье минус не читая, Они (КРЭТ) в последнее время заколебали своей фотоникой. Хоть бы что нибудь сделали реального.
-1
Сообщить
№5
22.01.2016 21:41
Цитата, serzhik сообщ. №4
Они (КРЭТ) в последнее время заколебали своей фотоникой.
Вот тут поддержу. Тоже поставил минус. Только сначала прочитал. Увидел, что опять одна вода, много слов и все равно не понятно, что это за хрень, которую они фотоникой называют. Это уже начинает надоедать.
-1
Сообщить
№6
23.01.2016 16:53
Цитата, serzhik сообщ. №4
Хоть бы что нибудь сделали реального.
Полагаю, подобные разработки требуют многолетних трудов перед тем, как они станут готовыми к использованию изделию. АФАР тоже вон много лет делают и никак не сделают.

Цитата, Peter Tsk сообщ. №2
Никто не собирается (кроме пиарщиков) просвечивать "стены" с летящего самолёта. А такое впечатление складывается после чтения пиар-материалов :)
С чего это? Это что-то лишнее не нужное или, по-вашему, невозможное?
+2
Сообщить
№7
24.01.2016 11:44
Цитата, q
Полагаю, подобные разработки требуют многолетних трудов перед тем, как они станут готовыми к использованию изделию. АФАР тоже вон много лет делают и никак не сделают.
Полностью с вами согласен. Скажу больше: фирма Райтеон (простите, что по русски) работает с СВЧ-модулями (ППМ) уже более сорока лет. Наши же, Фазотрон и НИИП, лет 8 - 10. Так почему бы этому триумвирату: Колесову, Насенкову и Михееву, засучив рукова, не заняться реальной работой: доводкой до ума РЛС "Жук - АЭ", FGA - 35 (на основе низкотемпературной керамики), многослойными ("сэндвичевыми") антенными решётками, которые имеются в заделе у     "Фазотрона - НИИР".
    Далее по "лаборатории": почему нельзя чётко сказать, какую и где лабораторию они создали. Это вожно прежде всего для самой
-1
Сообщить
№8
26.01.2016 13:33
Тут вот попалось по (близкой) теме:

"Lockheed Martin разрабатывает революционный плоский телескоп на фотонных чипах"
Цитата
... Телескоп, выполненный по технологии SPIDER (Segmented Planar Imaging Detector for Electro-optical Reconnaissance) — это плоская панель, состоящая из слоя микролинз и оптическо-электронной интегральной схемы под ним, которая обрабатывает изображение.

Телескоп SPIDER использует широко применяющуюся в радиоастрономии технологию интерферометрии, но переносит её на микроуровень. Сотни тысяч миниатюрных линз телескопа, соединяясь попарно в разных сочетаниях с помощью оптического чипа, формируют интерференционную картину, из которой можно восстановить исходное изображение с достаточно высоким разрешением. Толщина такого плоского телескопа составит всего несколько сантиметров, а ширина может быть практически произвольной.

Кроме того, сенсор SPIDER, подобно радару с фазированной антенной решеткой, способен менять направление и ширину поля зрения, оставаясь неподвижным. Это свойство пригодится не только для космических телескопов, но и в других областях применения, которых может быть множество. В частности, эта технология очень интересна военным, и агентство DARPA участвует в финансировании разработок.  ...
+1
Сообщить
№9
28.01.2016 08:25
Вот интересный сайт с подборкой поп-инфы по "фотонике": 22century.ru

А вот здесь, приведены прогнозы ~2005 о рынке фотоники (которые были явно черезмерно оптимистичны)

"К концу 2015 года 35% всех потребительских технических товаров составят устройства, построенные на основе фотонных технологий"  (статья опубликована  01/08/2014)
Цитата
В рамках европейской стратегии Horizon 2020, объединяющей все хайтековые программы ЕС, в 2005 году создана так называемая платформа Photonics21, объединяющая под своим крылом около 2300 компаний и ставящая целью вывести Европу на первое место в мире в области технологий фотоники, обойдя США и азиатских «тигров», сделать её «фотонным центром мира». Согласно разработанному в Photonics21 плану Photonics-PPP, в 2013—2020 гг. в развитие европейской фотоники будет вложено 7 млрд евро, из которых 5,6 млрд даст частный бизнес, а 1,4 млрд — бюджет Еврокомиссии. ...

Согласно сформулированным Еврокомиссией в 2005 году прогнозам, мировой рынок фотоники уже в 2015 году составит от 480 до 500 млрд долларов. Согласно же прогнозу американской Optoelectronic Industry Development Association, опубликованному ещё в 1995 году, мировой рынок фотоники в 2015 году будет вдвое больше — 1000 млрд долларов.

- там есть интересный момент, из которого следует, что израильская фирма разработавшая EnLight256 в 2006г прекратила своё существование. Получается, что (этот) проект не пошёл...
0
Сообщить
Хотите оставить комментарий? Зарегистрируйтесь и/или Войдите и общайтесь!
  • Разделы новостей
  • Обсуждаемое
    Обновить
  • 23.09 03:33
  • 1
Военным США пора перестать смотреть Star Wars
  • 23.09 03:21
  • 3
Раскрыты особенности работы комплекса активной защиты "Арена-М"
  • 23.09 00:59
  • 1
«В-21 может уничтожать комплексы С-400 или С-500»
  • 22.09 23:48
  • 1
К станку отношение плевое
  • 22.09 23:41
  • 4
Лишние ракеты: Китай пугает НАТО новыми армиями российских «Искандеров-М»
  • 22.09 23:15
  • 6
Rolls-Royce провела испытания своего первого электрического самолёта
  • 22.09 18:56
  • 1
«Геркулес» научится приводняться
  • 22.09 17:32
  • 3
ЦКБ МТ "Рубин": головная подлодка "Санкт-Петербург" завершила опытную эксплуатацию в ВМФ
  • 22.09 16:38
  • 4
Десятки тайваньских спецов займутся российской электроникой на обанкроченном заводе «Ангстрем-Т»
  • 22.09 11:13
  • 7
Спущен на воду малый ракетный корабль «Град» проекта 21631
  • 22.09 09:35
  • 1
Неизвестная история АК-12: начало
  • 22.09 09:01
  • 1
В Керчи спустили на воду малый ракетный корабль "Аскольд"
  • 22.09 08:15
  • 1
Военные проверили надежность системы ПВО столицы и Подмосковья
  • 22.09 04:17
  • 6
"Это их слабое место". США нашли семь способов пробить оборону России
  • 21.09 19:51
  • 2
Пентагон заявил о планах выяснить обстоятельства взрыва в Бейруте