أجهزة معالجة الإشارات الضوئية الضوئية. دورة محاضرة الضوئيات من

خامسا ليتش:

مساء الخير. قناة "Mediametrics"، برنامج "Cyber-med" ومقدمته فاليريا ليتش. ضيفنا اليوم هو بيتر زيلينكوف، مرشح العلوم الطبية وجراح الأعصاب المعتمد والحائز على جائزة حكومة الاتحاد الروسي. مساء الخير يا بيتر.

ب. زيلينكوف:

مرحبًا.

خامسا ليتش:

لقد وعدتنا اليوم بإخبارنا عن الضوئيات المستخدمة في جراحة الأعصاب. ما هو؟ وما هي المميزات والمزايا؟

ب. زيلينكوف:

شكرا على الدعوة. نعم، هذا هو الموضوع الذي كنت أتعامل معه منذ سنوات عديدة في مركزنا لجراحة الأعصاب الذي يحمل اسم الأكاديمي ن.ن.بوردينكو. بشكل عام، ما هي الضوئيات؟ الضوئيات هي مجال من مجالات المعرفة، وهو فرع من فروع الفيزياء، يستخدم الضوء، أي فوتونات الضوء. لقد تم استخدام الضوء في جراحة الأعصاب لفترة طويلة؛ وهذا هو أحد المجالات الجراحية الأولى التي كانت هناك حاجة إلى أجهزة الإضاءة لرؤية الهياكل الدقيقة للدماغ والحبل الشوكي، ورؤيتها بشكل أفضل، وتسبب أضرارًا أقل، وتشكل مخاطر أقل للمريض. وبناءً على ذلك، جاء التقدم من المصابيح الأمامية البدائية منخفضة الطاقة، والتي كانت تستخدم في بداية القرن العشرين، إلى الأجهزة الحديثة شديدة التعقيد، وهي المجاهر، التي تستخدم شعاعًا موجهًا من الضوء، عالي القوة جدًا، يسمح لك برؤية هياكل الرأس في أعماق المساحات الضيقة جداً من الدماغ والأوعية الدموية والأعصاب الرقيقة وما إلى ذلك.

لكن المرحلة الحالية من التطور، بالطبع، لا تتعلق فقط بإضاءة الهياكل، بل تتعلق أيضًا باستخدام فوتونات الضوء حتى يمكن التمييز بين الأنسجة المرضية والسليمة. يعد هذا أحد الأسئلة الأساسية في جراحة الأعصاب، نظرًا لأن العديد من أورام المخ تنمو بطريقة لا توجد حدود بين الدماغ السليم والورم. هذه منطقة منتشرة حيث لا تستطيع العين المجردة أحيانًا رؤية مكان وجود الخلايا السرطانية وأين توجد الخلايا الطبيعية.

لقد تم استخدام الضوء في جراحة الأعصاب لفترة طويلة؛ وهذا هو أحد المجالات الجراحية الأولى التي كانت هناك حاجة إلى أجهزة الإضاءة لرؤية الهياكل الدقيقة للدماغ والحبل الشوكي، ورؤيتها بشكل أفضل، وتسبب أضرارًا أقل، وتشكل مخاطر أقل للمريض.

خامسا ليتش:

وكيف إذن؟ بعد كل شيء، لا يزال يتعين إزالة الورم في كثير من الأحيان؟

ب. زيلينكوف:

نعم بالتأكيد. وهنا تطرح دائمًا مسألة التطرف، أي إذا قمت بإزالة القليل جدًا، فمن المرجح أن يبدأ الورم في النمو بشكل أكبر، وإذا قمت بإزالة الكثير، فسيتم فقدان بعض الوظائف المهمة. لأنه لا توجد عملياً مناطق في الدماغ غير مسؤولة عن وظيفة أو أخرى. هناك مناطق أكثر أهمية، ومناطق أقل أهمية. ومع ذلك، فإن السؤال بين الإزالة الجذرية والحفاظ على الوظيفة يظل دائمًا مهمًا للغاية. وهنا جاءت الضوئيات لمساعدة جراحة الأعصاب.

بدأ هذا الموضوع منذ وقت طويل، منذ حوالي 30 عامًا، وقد حظي الآن بتطور كبير عندما أصبح بإمكانهم، باستخدام طرق التألق والتحليل الطيفي باستخدام أشعة الليزر التي ذكرتها، التمييز وتقييم خصائص الأنسجة بناءً على ضوءها الخصائص، وامتصاصها للضوء ورفض الاستجابة المقابلة (وهذا تأثير مضان) يسمح للمرء بالتمييز بشكل أكثر دقة أثناء العملية، مباشرة أثناءها، سواء كان ورمًا أو نسيجًا صحيًا، أو نوعًا ما من المنطقة الانتقالية. لقد تم تطوير هذا الموضوع في معهدنا لفترة طويلة جدًا، ويسمى الآن المركز الوطني للبحوث الطبية لجراحة الأعصاب الذي سمي على اسم الأكاديمي ن.بوردينكو. ويستخدم بنشاط للدماغ والحبل الشوكي.

خامسا ليتش:

لم تعد هذه عملية جراحية، بل علاج. ما الذي تم عمله للتشخيص؟ بعد كل شيء، اليوم هناك الكثير من حالات أورام المخ. وكيف يمكن تشخيص ذلك في المراحل المبكرة؟ على سبيل المثال، ننصح بالذهاب إلى الأطباء مرة واحدة في السنة، والخضوع للفحص كفحص طبي، كنوع من الوقاية. ولكن عندما يتعلق الأمر بأورام الدماغ، فإننا لا نقوم بإجراء التصوير بالرنين المغناطيسي أو الأشعة المقطعية مرة واحدة في السنة.

ب. زيلينكوف:

بالطبع، وربما نحمد الله أننا لا نذهب مرة واحدة في السنة. هنا نبتعد قليلا عن الضوئيات، حيث كنا نتحدث عن التشخيص مباشرة أثناء الجراحة، وهو ما يساعد الجراح على رؤية الورم بشكل أفضل.

أما بالنسبة للتشخيص قبل المستشفى والتشخيص الوقائي. ولمنع مثل هذا التطور في مرحلة مبكرة، عليك الانتباه إلى الأعراض: الصداع المنتظم، واضطرابات الكلام، وحركات الأطراف. وفي أغلب الأحيان لن يكون السبب هو الأورام على الإطلاق، بل اضطرابات الأوعية الدموية وارتفاع ضغط الدم. هذه مشكلة اجتماعية حقا، حيث أن ارتفاع ضغط الدم واضطرابات الأوعية الدموية في الدماغ هي مشكلة منتشرة تؤثر على الجميع تقريبا، وهنا بالطبع تحتاج إلى مراقبة صحتك العامة وضغط الدم. وإذا ظهرت أي أعراض عصبية، فمن المنطقي إجراء التصوير بالرنين المغناطيسي.

يعد ارتفاع ضغط الدم واضطرابات الأوعية الدموية في الدماغ مشكلة واسعة الانتشار تؤثر على الجميع تقريبًا

خامسا ليتش:

ما مدى سرعة تعافي المريض بعد العلاج؟ وهل يتعافون بعد جراحة الدماغ؟ أنت تقول أن كل جزء من الدماغ مسؤول عن شيء ما. إلى أي مدى يظل الشخص فعالاً؟

ب. زيلينكوف:

بالطبع، أصبح مستوى علاج أورام المخ والحبل الشوكي مرتفعًا جدًا الآن، وهو أفضل بكثير مما كان عليه قبل 10-20 عامًا بفضل استخدام تقنيات مختلفة، مثل المراقبة الفيزيولوجية الكهربية، والتشخيص الفلورسنت، مما يجعل من الممكن إزالة الورم مع الحفاظ على المناطق ذات الأهمية الوظيفية. بالإضافة إلى طرق إعادة التأهيل الجديدة، واستعادة الحركات، والتنسيق، وإعادة تدريب المرضى، وتقنيات الكلام التي تسمح باستعادة الكلام. وبالتالي يمكننا القول أن النتائج أفضل بكثير من ذي قبل.

خامسا ليتش:

وللعلاج بمساعدة الضوئيات والليزر، ما هي التخصصات التي تجمعها، وما هي المجالات؟

ب. زيلينكوف:

في الواقع، نحن، كجراحي أعصاب، لا نفهم سوى القليل عن الفيزياء. نحن هنا عند التقاطع بين مجالين: فيزياء الليزر وجراحة الأعصاب. لدينا تعاون مفيد طويل الأمد مع معهد بروخوروف للفيزياء العامة، ومع مختبر البروفيسور لاشينوف. لسنوات عديدة، كان هو وموظفوه في غرف العمليات لدينا ويساعدوننا، في إعداد المعدات، وتزويدنا بألياف الليزر، وإيقاف تشغيل الليزر وإخبارنا بما نراه مباشرة في الجرح. لأنه من أجل تفسير نتائج هذه الإشارة، يجب أن يكون لديك المؤهلات والمعرفة المناسبة.

خامسا ليتش:

ما الذي يتم تعديله - عرض الشعاع، الطول، العمق، كيف يحدث هذا؟

ب. زيلينكوف:

يتم تعديل الطيف وطول الامتصاص وما إلى ذلك. بصراحة، أنا لا أفهم هذا بعمق. ولكن، مع ذلك، فإن وجود المهندسين في هذه الحالة لا يزال ضروريا. على الرغم من أن إصدارات المجاهر التشغيلية التي تدمج القدرات التشخيصية الفلورية موجودة بالفعل منذ بعض الوقت. أي أن الجراح في الواقع لا يحتاج إلى أي مساعد خارجي، بل يحتاج فقط إلى تشغيل الزر الموجود على المجهر ورؤية الصورة في وضع الفلورسنت.

خامسا ليتش:

هل تستخدم المجاهر مباشرة أثناء الجراحة؟

ب. زيلينكوف:

نعم. وهذه نقطة منفصلة أود التأكيد عليها مرة أخرى. يمكننا أن نقول أن الضوئيات على هذا النحو، أي الضوء، تم استخدامها في جراحة الأعصاب لفترة طويلة، في الخمسينيات والستينيات، بدأ استخدام المجاهر في جراحة الدماغ. قبل ذلك، تم استخدام المصابيح الأمامية فقط.

خامسا ليتش:

كيف يتم تركيب المجهر على الإنسان؟

ب. زيلينكوف:

هذه وحدة كبيرة إلى حد ما، ولها قاعدة كبيرة بحجم ثلاجة جيدة، والتي تأتي منها ذراع يتدلى عليها الرأس البصري الفعلي للمجهر ذو المقابض. وهذا مناسب جدًا لجراح الأعصاب. أي أنه في الواقع، بين رأس المريض أو الهيكل الذي نحتاجه، وبين الجراح نفسه، يوجد هذا الجهاز البصري، الذي يسهل ضبطه للغاية وله ضوء مركّز قوي جدًا. التكبير الذي يمكن الحصول عليه يصل إلى 10-15 مرة، أي أنه يمكنك رؤية أفضل الهياكل. لا يستخدم هذا في جراحة الأعصاب فحسب، بل أيضًا في الجراحة التجميلية، وحتى في طب الأسنان وطب الأنف والأذن والحنجرة وجميع المجالات الأخرى التي تتطلب الجراحة المجهرية، أي العمل الذي يمكن أن تصل فيه الحركات إلى دقة جزء من المليمترات.

خامسا ليتش:

هل المزيد من التشخيصات تخضع الآن للعلاج؟

ب. زيلينكوف:

نعم. من الواضح تمامًا أن الأورام والأمراض التي كانت تعتبر في السابق غير قابلة للشفاء، والتي لم يقم الجراحون بها ببساطة، قد بدأت الآن في إجراء العمليات الجراحية عليها.

خامسا ليتش:

والتي على سبيل المثال؟

ب. زيلينكوف:

وهذا ينطبق على الأورام العملاقة والأورام العميقة. مباشرة فيما أتخصص فيه هو جراحة النخاع الشوكي، وجراحة الأورام داخل النخاع. في السابق، كان التكتيك هو عدم العمل لأطول فترة ممكنة، لأن جراحة الحبل الشوكي ترتبط دائمًا بنوع من النقص. جميع مناطق الحبل الشوكي أكثر حساسية؛ فهو أصغر حجمًا، وربما بسمك إصبعي الصغير. وإذا نما ورم بداخله، فمن المرجح أن يؤثر على جميع وظائفه، وسرعان ما تتزايد الأعراض لدى الشخص. وفي هذه الحالة، فإن أي عملية تؤدي حتما إلى زيادة العجز العصبي، ولكن لدى الشخص احتمال أنه في المستقبل سيظل هناك تعافي بفضل إعادة التأهيل الفعال، وسوف يمشي مرة أخرى ويعيش حياة كاملة. لذا، فهي على وجه التحديد الجراحة المجهرية، واستخدام المجهر، والمراقبة، والتحليل الطيفي، والتشخيص الفلوريسنت، وهذه المجموعة من التقنيات الجديدة التي تجعل من الممكن إجراء تشخيص أفضل والعمل بفعالية حقًا في الحالات التي كانوا يفضلون فيها سابقًا عدم اللمس.

خامسا ليتش:

وهذا يعني أن الناس اليوم يستطيعون المشي لفترة أطول؟

ب. زيلينكوف:

مما لا شك فيه. هذا هو علم الأمراض النادر على هذا النحو. إذا قارنا، على سبيل المثال، مع نفس منطقتنا، عندما نعالج فتق الأقراص الفقرية، وتضيق القناة الشوكية، فإن هذا يحدث للجميع تقريبًا. أعتقد أنه إذا قمت أنا وأنت بإجراء التصوير بالرنين المغناطيسي، فستجد بالتأكيد بعض الفتق والنتوءات وما إلى ذلك. وهناك الكثير من هؤلاء المرضى. إذا أراد الجميع إجراء تصوير بالرنين المغناطيسي، فأنا متأكد من أن 10٪ من الأشخاص سيكتبون أنهم مصابون بفتق ويحتاجون إلى استشارة جراح أعصاب وإجراء نوع من الجراحة.

إذا أراد الجميع إجراء تصوير بالرنين المغناطيسي، فأنا متأكد من أن 10٪ من الأشخاص سيكتبون أنهم مصابون بفتق ويحتاجون إلى استشارة جراح أعصاب وإجراء نوع من الجراحة.

خامسا ليتش:

هل لا يزال الورم خبيثاً أم حميداً؟

ب. زيلينكوف:

ما يقرب من نصف الأورام في الدماغ خبيثة: الورم الأرومي الدبقي والورم النجمي الكشمي، في الواقع، هذه مشكلة كبيرة تتطلب إدخال الضوئيات كأحد الطرق الممكنة لحلها، نظرًا لأن هذه مجموعة كبيرة من المرضى الذين يصعب علاجهم للغاية. على الرغم من الجمع بين الجراحة والعلاج الكيميائي والعلاج الإشعاعي وبعض الأساليب التجريبية الجديدة، فإن نتائج علاجها لا تزال غير مرضية. أي أن متوسط ​​مدة البقاء على قيد الحياة يبلغ حوالي عام، أي ما يزيد قليلاً عن عام. على الرغم من أنه وفقًا لتجربة مركزنا، إذا تلقى المريض هذه الأنواع من العلاج معًا، في الوقت المناسب، وكان دائمًا تحت إشراف دقيق، فيمكن أن تمتد حياته بشكل كبير لعدة سنوات، وأحيانًا تصل إلى عقود.

خامسا ليتش:

أما بالنسبة للعمود الفقري فما هي مؤشراته؟

ب. زيلينكوف:

أما في حالة العمود الفقري فالوضع مختلف بعض الشيء. في الممارسة العملية، يشكل مرضى العمود الفقري ما يقرب من 50-75٪ من إجمالي ممارسة جراح الأعصاب. هذا هو آلام الظهر، وهذه متلازمات ضغط مختلفة، حيث ينتشر الألم إلى الأطراف، إلى الذراع، إلى الساق. أعمل في قسم متخصص في العمود الفقري والحبل الشوكي والأعصاب الطرفية، لذلك أرى هؤلاء المرضى كل يوم. وهذه منطقة مختلفة قليلا، وهي قريبة من جراحة العظام، لأننا نعمل كثيرا مع الهياكل العظمية، مع جهاز الرباط المفصلي. ونحن هنا، كجراحي أعصاب، نستخدم نفس الأساليب: الجراحة المجهرية، واستخدام المجاهر، ومختلف الأساليب طفيفة التوغل، والطرق منخفضة الصدمة، من خلال شقوق صغيرة جدًا. في السنوات الأخيرة، بدأ الناس في إتقان التنظير الداخلي بنشاط - وهي تقنية تسمح بأضرار أقل للعضلات والأنسجة والأربطة.

خامسا ليتش:

هل إجراء العملية على العمود الفقري أسهل من إجراء العملية على الدماغ؟

ب. زيلينكوف:

فمن ناحية، تعتبر الجراحة على العمود الفقري نفسه أسهل في بعض النواحي من جراحة الدماغ لأن الهياكل أكبر. أنا لا أتحدث عن الحبل الشوكي الآن، أنا أتحدث فقط عن العظام والأقراص. في بعض النواحي، يعتبر هذا عملية جراحية. على سبيل المثال، يمكننا العمل دون استخدام المجهر (بتقنيات قديمة، مع شقوق كبيرة، وإجراء عمليات تخفيف ضغط كبيرة)، وبناءً على ذلك، يمكننا إجراء عمليات تثبيت كبيرة، أو استخدام هياكل التثبيت (غرسات التيتانيوم، والبراغي)، أو يمكننا إجراء عمليات تثبيت صغيرة، العمليات الدقيقة عندما نطلق فقط الهياكل العصبية دون أي ضرر للهياكل الداعمة. بالطبع، هذا نهج مختلف تمامًا، ويتطلب مؤهلات مختلفة قليلاً، لأنه يتطلب خبرة ورؤية للتشريح في مساحات ضيقة جدًا ومحدودة.

خامسا ليتش:

كم عدد المرضى الذين يمكنهم المشي والحركة بشكل كامل بعد جراحة العمود الفقري؟

ب. زيلينكوف:

الأغلبية الساحقة. أود أن أقول إن الأسطورة الكلاسيكية التي تقول "لا تذهب لإجراء عملية جراحية على عمودك الفقري - فسوف تصيبك بالشلل" هي شيء من الماضي.

خامسا ليتش:

من ناحية أخرى، فإنه يشل على أي حال، ولكن هنا هناك على الأقل بعض الفرصة.

ب. زيلينكوف:

في حالات نادرة للغاية، يمكن أن يصاب المريض المصاب بالفتق بالشلل. يحدث هذا عند حدوث بعض المضاعفات، أو اضطرابات الأوعية الدموية، أو عند حدوث مضاعفات أثناء الجراحة التي تضعف فيها وظيفة كلا الطرفين السفليين. ولكن، كقاعدة عامة، في 99.9٪ من الحالات، لا يحدث هذا.

تتمثل مهامنا الرئيسية في مكافحة متلازمات الألم طويلة الأمد، لأنه غالبًا ما يحدث الألم قبل الجراحة، لكنه يبقى بعد الجراحة. وأحيانا يحدث أنه على الرغم من انخفاضه بنسبة 20-30-50٪، فإن المريض لا يزال يركز على متلازمة الألم هذه. لا يمكن شطب هذه التجارب. وعلينا كجراحين أن نستمر في التواصل معهم والشرح ومعرفة الأسباب الأخرى لحدوث هذا الألم. في بعض الأحيان تأتي أشياء مثيرة للاهتمام. تكشف استشاراتنا لأول مرة عن أمراض مصاحبة لم يتم تشخيصها من قبل.

العمود الفقري هو المحور المركزي للجسم. وعلينا أن نقيم ليس العمود الفقري نفسه فحسب، بل أيضًا كل ما يحيط به، والمريض ككل، لأننا جميعًا مختلفون تمامًا، والألم هو حالة ذهنية أكثر من كونه شيئًا شكليًا يمكن لمسه أو رؤيته بمساعدة أي وسيلة. أي أن كل شخص لديه آلامه الخاصة.

في حالات نادرة للغاية، يمكن أن يصاب المريض المصاب بالفتق بالشلل. في 99.9% من الحالات لا يحدث هذا.

خامسا ليتش:

أنت تتحدث عن الفتق، ولكن ماذا لو عدنا إلى الورم؟

ب. زيلينكوف:

مع الأورام، كل شيء أسهل. هذا موضوع منفصل. عادة، يكون لدى المرضى الذين يعانون من ورم في الحبل الشوكي أو ورم في العمود الفقري رحلة طويلة قبل أن يتم تشخيصهم. في البداية، يعانون فقط من آلام الظهر، وفي كثير من الأحيان لا يتم إعطاؤهم أي تشخيصات إضافية، فقط الأشعة السينية، التي لا تظهر أي شيء حقًا، ويتم إرسال المريض للعلاج الطبيعي وعلاج الفيتامينات، والذي بدوره يحفز مزيد من نمو الورم.

خامسا ليتش:

لكنك تقول إن إجراء التصوير بالرنين المغناطيسي كل عام لا يُنصح به أيضًا.

ب. زيلينكوف:

هذا صحيح.

خامسا ليتش:

ماذا تفعل بعد ذلك؟

ب. زيلينكوف:

بحيث ينظر أطباء الأعصاب إلى المريض بعناية فائقة. إذا رأى المرضى أن حالتهم تزداد سوءًا، فإنهم يبدأون في البحث عن طرق، والبحث عن أطباء آخرين، وإجراء التصوير بالرنين المغناطيسي بأنفسهم. الجانب الإيجابي لواقعنا الروسي هو أنه مقابل المال يمكنك بسهولة إجراء التصوير بالرنين المغناطيسي، ولن يسأل أحد بشكل خاص عن الاتجاهات، لأن هذه المراكز تحتاج إلى البقاء على قيد الحياة بطريقة أو بأخرى. وتدفق المرضى مهم بالنسبة لهم، وخدمة التصوير بالرنين المغناطيسي هي إجراء تشخيصي غير ضار على الإطلاق، لذلك يمكن إجراؤه بهدوء ودون وصفة طبية من الطبيب.

سؤال آخر هو تفسير الصورة، لأنه في كثير من الأحيان يأتي إلينا أشخاص لا يستطيعون حتى شرح شكاواهم، ونسأل: "لماذا أتيت على أي حال؟" "لأن التصوير بالرنين المغناطيسي يقول أن هناك فتقًا." لذلك، أشرح دائمًا أن الاستنتاج كتبه متخصص درس كيفية وصف مكان وجود الأمراض وأين يوجد المعيار. لكنه لم يُكتب للمريض، الذي لا يستطيع عزل ما هو مهم هنا وما هو غير مهم، ولكن لأخصائي آخر (لطبيب أعصاب، جراح أعصاب)، الذي يمكنه تقييم ما هو مهم، وذو أهمية سريرية، وربما يتطلب عملية جراحية، وما هو ليس بهذه الأهمية.

الجانب الإيجابي لواقعنا الروسي هو أنه مقابل المال يمكنك بسهولة إجراء التصوير بالرنين المغناطيسي، ولن يسأل أحد بشكل خاص عن الاتجاهات، لأن هذه المراكز تحتاج إلى البقاء على قيد الحياة بطريقة أو بأخرى.

خامسا ليتش:

ومن ناحية أخرى يذهب المريض إلى الجراح لأن الطبيب من العيادة قد أرسله للسباحة بالفعل. بعد كل شيء، لدينا فجوة كبيرة إلى حد ما بين الأطباء الذين يعملون في المستشفيات، ويعملون، ويعالجون، والعيادات، والذين غالبا ما يصفون الأسبرين والباراسيتامول في حالة نزلات البرد والمرض. ربما تختلف المؤهلات بشكل كبير؟

ب. زيلينكوف:

لا أستطيع أن أتفق معك تماما. والحقيقة هي أن أولئك الذين يجلسون في العيادات يجلسون عمليا على خط النار. إنهم في وضع صعب للغاية - ماليا واقتصاديا واجتماعيا. من ناحية، هم مقدم الرعاية الأولية، ما يسمى في العالم المتحضر الممارس العام، طبيب الأسرة. في الواقع، هذا هو الشخص الذي يتحمل وطأة الضربة، ويأتي إليه الأشخاص الذين يعانون من جميع أنواع الأمراض، وهذا الشخص، بالطبع، يجب أن يكون في حالة جيدة. لسوء الحظ، في واقعنا، غالبًا ما يحصل هؤلاء الأشخاص على أجور منخفضة، ولا يحظون بدعم جيد جدًا، ولديهم فرص قليلة في نفس العيادة.

خامسا ليتش:

حتى في العيادات المدفوعة، لا يتم تأكيد المؤهلات دائمًا. على الرغم من أن الاستقبال يمكن أن يكلف بشكل كبير.

ب. زيلينكوف:

نظامنا التعليمي للدراسات العليا يعمل بشكل جيد. أود أن أقول إن مؤهلات هؤلاء الأشخاص لا تزال عالية. والمسألة الأخرى هي أنهم لا يُمنحون سوى القليل من الوقت لفحص المريض، ويُجبرون على كتابة الكثير من الأشياء المختلفة. فهي محدودة قانونًا ضمن حدود معينة، ولهذا السبب تظهر الصور النمطية بأن جودة العلاج هناك أسوأ من أي مكان آخر. ومع ذلك، أعتقد أنه إذا تم توفير الظروف الجيدة للقبول في العيادة الأولية، فإن الجودة ستكون عالية جدًا، والأطباء أنفسهم مؤهلون جيدًا، وهذا ما تؤكده الطريقة التي يأتي بها المرضى من العديد من العيادات في المناطق. لا توجد أي صلة على الإطلاق بين المكان الذي أتى منه المريض ومدى جودة فحصه والتوصيات المقدمة. في كثير من الأحيان، عندما نخرج المرضى إلى الوطن، نتصل بالأطباء المحليين عبر الهاتف. مرة أخرى، في الواقع، في موسكو يمكنك الذهاب إلى حمام السباحة أو إلى مركز إعادة التأهيل. في مكان ما في القرية أو البلدة الصغيرة لا يوجد حمام سباحة، ولا مستوصفات رياضية جيدة، وما إلى ذلك. لكن المريض لا يزال بحاجة إلى إعادة التأهيل. تقوم بتطوير بعض التكتيكات، ومحاولة التكيف، وشرح ما هو ممكن وما هو غير ممكن.

إذا تم تهيئة الظروف الجيدة للقبول في العيادة الأولية، فستكون الجودة عالية جدًا، وسيكون الأطباء أنفسهم مؤهلين جيدًا.

خامسا ليتش:

لكن التمارين المنزلية موجودة أيضًا، أليس كذلك؟

ب. زيلينكوف:

وبطبيعة الحال، فهي موجودة، ولكن هذا يتطلب قدرا هائلا من التحمل. ومع ذلك، نصيحتي الأساسية هي الذهاب إلى المدرب. إذا قمت بتحفيز كل شيء وشرحه بشكل صحيح، فسوف يعتني الشخص بنفسه حقًا.

خامسا ليتش:

كم عدد؟ يتدرب المرضى لمدة شهر أو شهرين، ثم يصبح الأمر سيئًا للغاية.

ب. زيلينكوف:

لدي شعور أنه ليس كافيا. في بعض الأحيان يكون تأثير عملياتنا، خاصة بالنسبة للفتق، جيدًا جدًا، أي أن الشخص كان مريضًا، ثم نهض ومشى وبدأ في الاستمتاع بالحياة، لدرجة أن نمط حياته العام يتغير قليلاً، ويبدأ في السماح لنفسه بمزيد من النشاط إنه يعتني بنفسه بشكل أفضل، ويدرك أنه من الأفضل عدم السماح بحدوث ذلك مرة أخرى. ماذا يجب أن تفعل لهذا؟ تقوية عضلات ظهرك: السباحة، ممارسة الرياضة.

خامسا ليتش:

من هو مريضك في أغلب الأحيان؟

ب. زيلينكوف:

وكما يقولون: "كل الأعمار خاضعة هنا". الشباب هم أكثر عرضة للإصابة بالفتق والإصابات ومتلازمات الألم المرتبطة ببساطة بالعضلات المتشنجة. في فئة كبار السن، نتحدث أكثر عن تضيق القناة الشوكية على المدى الطويل، حيث تنمو العناصر المكونة للداء العظمي الغضروفي بسبب التحميل المطول وتضغط على النهايات العصبية. وهذا أكثر شيوعًا في الفئة العمرية التي تزيد عن 50 عامًا.

خامسا ليتش:

وإذا عدنا إلى الورم، فمن الذي يصاب به أكثر؟ ولأي أسباب؟

ب. زيلينكوف:

الأورام هي بالطبع وراثية، أي أن هناك نوع من الاستعداد الوراثي، بالإضافة إلى العوامل البيئية، وقد يكون هناك تعرض للمواد الكيميائية والإشعاعية. ولكن كما نعلم، الآن هذه هي انهيار الجينات، أي أن آليات التدمير الذاتي في بعض الخلايا تتوقف عن العمل، وتتحول إلى خلية ورم. عادة، يتشكل عدد معين من الخلايا السرطانية باستمرار لدى أي شخص سليم. ولكن بمجرد أن تدرك هذه الخلية أنها أصبحت خلية ورم، تبدأ فيها عملية موت الخلايا المبرمج، أي التدمير الذاتي. تموت هذه الخلية شيئًا فشيئًا ولا تؤدي إلى ظهور ورم. يؤدي الانهيار في هذه الآلية إلى إبقاء هذه الخلايا على قيد الحياة، وفي مرحلة ما تظهر كتلة حرجة وتبدأ في النمو. أسباب ذلك غير معروفة تمامًا، فهناك مدخلات كبيرة جدًا في الآليات الجزيئية والبيولوجية والوراثية. وبالنسبة للعديد من الأورام، تمت دراسة هذه الآليات بعمق شديد، وهناك الكثير من الجينات المعروفة التي يمكن أن يتطور فيها الورم، وحتى الاختبارات الجينية يمكن أن تفترض مسبقًا أن هذا الشخص معرض لخطر كبير، وأنه يحتاج إلى إجراء تصوير بالرنين المغناطيسي كل يوم. سنة ومراقبة ما إذا كان هذا يتطور ورمًا أم لا.

بناءً على الاختبارات الجينية، يمكن الافتراض مسبقًا أن هذا الشخص معرض لخطر كبير، وأنه يحتاج إلى إجراء تصوير بالرنين المغناطيسي كل عام ومراقبة ما إذا كان هذا الورم يتطور أم لا.

خامسا ليتش:

هل تؤثر الصدمات على تطور الورم؟

ب. زيلينكوف:

كثيرا ما يتم طرح هذا السؤال، ولكن بقدر ما أعرف، لا يوجد اتصال مباشر هنا. كما تعلمنا في المعهد في سنواتنا الأولى: "احصل على تاريخ عائلي: اكتشف ما إذا كان والديك، أو أجدادك، أو ربما أجداد أجدادك، مصابين بأورام". في كثير من الأحيان، تشير الطبيعة نفسها إلى وجود نوع من الاستعداد العائلي، ثم يجب إيلاء اهتمام أكثر دقة لهذا المريض بالذات.

خامسا ليتش:

هل العلاجات الجديدة تقصر فترة الإقامة في المستشفى؟

ب. زيلينكوف:

نعم. هذا هو المكان الذي يمكننا فيه العودة إلى جراحة العمود الفقري لدينا. أستطيع أن أقول أنه في السابق، كانت جراحة تضيق العمود الفقري عبارة عن عملية جراحية كبيرة، مع شق كبير، واستئصال الصفيحة الفقرية، والشفاء الطويل، وكان المريض يضطر إلى الاستلقاء لفترة طويلة أثناء إجراء عملية دمج العمود الفقري الخلفي، ودمج العظام، وما إلى ذلك . يمكننا الآن إجراء عملية تخفيف الضغط باستخدام منظار داخلي من خلال شق يبلغ طوله 5 ملم وإخراج المريض إلى المنزل في المساء. كقاعدة عامة، ننتظر يومًا لتقييم الحالة ببساطة، ولكن في اليوم التالي يمكننا إخراج المريض من المستشفى. تتيح لك التكنولوجيا مغادرة المستشفى بسرعة والعودة إلى الحياة الطبيعية.

خامسا ليتش:

هل تدرب أطباؤنا اليوم في بلادنا أم في الخارج؟ لأنه في بعض التخصصات يشتكي الأطباء من عدم توفير التدريب الكامل.

ب. زيلينكوف:

لقد سافرت كثيرًا إلى الخارج لزيارة عيادات مختلفة. لقد تدربت ودرست في ألمانيا وفرنسا، ويمكنني أن أقول إن مستوى الطب في روسيا مرتفع بشكل عام، خاصة في المدن الكبيرة: موسكو وسانت بطرسبرغ ونوفوسيبيرسك وما إلى ذلك. تمتلك المراكز الكبيرة تقريبًا نفس التقنيات المتوفرة في الدول الغربية المتقدمة. ربما نكون متخلفين على وجه التحديد في مستوى البحث السريري، والتقنيات الجديدة المختلفة، والتقنيات التجريبية تمامًا. بالنسبة لنفس الورم الأرومي الدبقي في روسيا، هناك عدد أقل بكثير من الدراسات السريرية والأساليب الجديدة باستخدام مبادئ فيزيائية أو كيميائية أو بيولوجية جديدة، مقارنة بنفس العيادات الجامعية في ألمانيا. ولكن يمكن الحصول على مستوى التدريب في روسيا. علاوة على ذلك، مع سعر صرف اليورو الحالي، يصعب على الأطباء السفر إلى مكان ما على نفقتهم الخاصة والدراسة. ولكن من بين زملائي هناك الكثير من الأشخاص ذوي التركيز، وخاصة الشباب، الذين يريدون تحقيق شيء ما ومعرفة المزيد. وطبعا نصيحتي لمثل هؤلاء إن أمكن أن يسافروا ويدرسوا ويشاهدوا ويطبقوا ذلك في ممارساتهم.

تمتلك المراكز الكبيرة تقريبًا نفس التقنيات المتوفرة في الدول الغربية المتقدمة. ربما نكون متخلفين على وجه التحديد في مستوى البحث السريري، والتقنيات الجديدة المختلفة، والتقنيات التجريبية تمامًا.

خامسا ليتش:

ما الذي اكتسبته من الخبرة الأجنبية لنفسك وممارستك التي لم تكن لديك هنا؟

ب. زيلينكوف:

خلال فترة تدريب لمدة عام في ألمانيا في عام 2008، قمت بتغيير فلسفتي قليلاً فيما يتعلق بجراحة العمود الفقري: الفتق، والتضيق، وما إلى ذلك. أي أنني رأيت أنه ليس من الضروري إجراء عمليات كبرى، وتخفيف الضغط بشكل كبير، وتحقيق الاستقرار باستخدام كمية كبيرة من المعدن، وأن نفس المشكلات يمكن حلها بطريقة منخفضة الصدمة للغاية، وبأقل قدر من التدخل الجراحي، باستخدام تقنيات الجراحة المجهرية، وتخفيف الضغط الدقيق.

خامسا ليتش:

أي أن من كانوا في الخارج سبقونا في هذه الفترة الزمنية؟

ب. زيلينكوف:

وفي ألمانيا أيضًا يمكنك العثور على عيادات تعمل بالطرق القديمة والحديثة. على سبيل المثال، قمت مؤخرًا بتدريب سريري في جامعة بوردو الأولى في فرنسا. وتفاجأت بوجود أشخاص هناك يتبعون نهجًا مختلفًا بعض الشيء. وهذا يعني أن هذه عمليات أكثر انفتاحًا، كما يمكن القول، والتي استخدمناها قبل 10 سنوات، ومع ذلك، يتم تشغيلها، ويتم إجراؤها بشكل جيد للغاية، وكل شيء يعمل كالساعة، والفريق بأكمله يعرف ماذا وكيف يفعل، وهم يسيرون بسرعة وكفاءة عالية. أي أن في يد كل جراح الطريقة التي يجيدها جيدة.

خامسا ليتش:

هل يحتاج الفريق بأكمله إلى إعادة تدريب نتيجة لذلك؟

ب. زيلينكوف:

بالطبع اللواء بأكمله. الجراح نفسه مهم لأنه يعمل بشكل مباشر، فهو يفعل ذلك بيديه، ومع ذلك، فإن دور ممرضة غرفة العمليات، ودور طبيب التخدير، ودور أخصائي الأشعة - للأسف، ليس لدينا مثل هذا الموظف في غرفة العمليات، لكنه مطلوب أيضًا، لأننا نعمل بالأشعة السينية، والمحول الإلكتروني البصري. أي أن دور اللواء بأكمله مهم للغاية. لا يمكن تنفيذ العملية بقوة ومعرفة جراح واحد، ولهذا من الضروري أن يفهم كل مشارك ميزات هذه العملية، وبعض الفروق الدقيقة، وحركاتها، وما إلى ذلك، بالإضافة إلى أنه يجب أن يكون الفريق منسقًا جيدًا. يجب أن يكون الجراح وطبيب التخدير والممرضة في نفس الوقت.

خامسا ليتش:

اتضح أنه بعد الانتهاء من التدريب في الخارج، هل تحتاج إلى العودة إلى المنزل وإعادة تدريب الفريق بأكمله؟

ب. زيلينكوف:

مما لا شك فيه. أثناء العملية، كان لا بد في بعض الأحيان من شرح أشياء غير مألوفة للأخت. لكن طاقمنا والممرضين الذين نعمل معهم في مركز جراحة الأعصاب الذي يحمل اسم الأكاديمي ن.بوردينكو رائعون، ومتخصصون مؤهلون تأهيلاً عاليًا، وبفضلهم أصبحت عملياتنا ممكنة، لأنه بدونهم، وبدون خبرتهم، سيكون الأمر صعبًا للغاية.

خامسا ليتش:

وكيف يتم نقل هذه التجربة إلى زملائنا، أو هل هناك نوع من المنافسة، والجميع يجلس ويفكر: "لن أعلم أحدا، دع الجميع يأتي إلي".

ب. زيلينكوف:

هذا هو المكان الذي تأتي فيه الزمالة في المقدمة. يمكنك بالطبع الجلوس وعدم نقل معرفتك والخوف من المنافسة. لكن الحياة ستخرجها على أي حال، وأولئك الذين يحتاجون إليها سيظلون يتلقون هذه المعرفة. لذلك، أنا دائمًا أنطلق من مبدأ: من الأفضل أن أكون أنا الذي علمني من أن أكون شخصًا آخر. أي أنه لا فائدة من أن تكون كلبًا في المذود. كلما زادت المعرفة التي تنقلها إلى الآخرين، والزملاء الشباب، والمقيمين، كلما زاد العائد منها لاحقًا. لأنهم سيظلون يأتون للحصول على المشورة ويرسلون مرضاهم. هذه عملية مفيدة للطرفين. تقليد طبي طويل الأمد - إذا تلقيت معرفتك من معلمك، فيجب عليك الانحناء والشكر ونقل هذه المعرفة بشكل أكبر، لأن هذا هو قانوننا المهني.

تقليد طبي طويل الأمد - إذا تلقيت معرفتك من معلمك، فعليك أن تنحني وتشكر وتمرر هذه المعرفة.

خامسا ليتش:

وما يحدث اليوم مع تخصص جراحة المخ والأعصاب، هو أن الكثير من المتخصصين يتخرجون كل عام، أكثر مما هو مطلوب، كما يقول البعض. هل الجميع يعمل في تخصصه، هل هم موظفون؟

ب. زيلينكوف:

لدي شعور بأن عدد الأماكن آخذ في التناقص، وهذا هو الاتجاه العام في الرعاية الصحية لدينا، ويتم إجراء بعض التحسين، وهناك عدد أقل قليلاً من العيادات. لكن في نفس الوقت لا أستطيع أن أقول إن الحاجة لجراحي الأعصاب وبالتحديد في تخصصي آخذة في الانخفاض. في رأيي، على العكس من ذلك، لم يتم إغلاقه. وهناك نقص في جراحي الأعصاب وهؤلاء المتخصصين في جميع أنحاء البلاد، لأننا نرى أن الكثير من الناس يأتون من المناطق، والعديد منهم، لسبب ما، لا يريدون التقديم محليًا. على الرغم من أنه يبدو لي أن هذه فكرة خاطئة. لأن مستوى الطلاب مرتفع جدًا، والناس قادرون تمامًا على العمل على الأرض ببعض الأشياء، باستثناء الأشياء الأكثر تعقيدًا التي تتطلب الخبرة. ولذلك، أعتقد أن عدد جراحي الأعصاب، مثل غيرهم من المتخصصين، يجب أن يزيد.

وهنا رأيي الشخصي هو أن الأشخاص يجب أن يحصلوا على مساعدة عالية التقنية وعالية التقنية في أماكن إقامتهم، لأن الوصول إلى موسكو صعب للغاية، وفي بعض الأحيان يكون من المستحيل بالنسبة لهم. أنا من مؤيدي اللامركزية حتى يتمكن الناس من الوصول بسهولة إلى هذه المساعدة وتلقيها في مكان إقامتهم، وليس بعيدًا عن المكان الذي يعيشون فيه. وفي الوقت نفسه، كن على اتصال، على اتصال مع الطبيب الذي عمل معهم. لأن الأمر لا يقتصر على عملية واحدة، فالحياة تستمر، والمريض يحتاج إلى متابعة وتأهيل وفحوصات متابعة. غالبًا ما تكون هناك انتكاسات، ومشاكل جديدة، عندما يأتي إلي الأشخاص الذين أجروا عملية جراحية قبل 10 سنوات ببعض الأسئلة والمشاكل الجديدة، فإنهم يسعون دائمًا للوصول إلى نفس الشخص الذي تعاملوا معه بالفعل، إذا كانت هناك نتيجة ناجحة.

خامسا ليتش:

يوجد اليوم نوع من الدعاية بين المرضى أنفسهم حول الوقاية والتشخيص الصحيح وأين ومتى يذهبون؟

ب. زيلينكوف:

وهذا فشل كبير في الواقع.

خامسا ليتش:

لأنهم سوف يقدمون محو الأمية المالية في المدارس. الأمور المالية مهمة، ولكن إذا لم تكن تتمتع بالصحة، فما الفائدة من كل شيء آخر؟

ب. زيلينكوف:

لم أكن أعلم أنهم يدرسون الثقافة المالية في المدارس.

خامسا ليتش:

في بعض الأحيان يتم تقديمها، بما في ذلك خطط لتقديم المزيد.

ب. زيلينكوف:

ولعل محو الأمية الصحية لا يقل أهمية في التدريس عن محو الأمية المالية. لأن الاهتمام بصحتك هو الأولوية برأيي.

خامسا ليتش:

يبدأ الأطفال، بدءا من المدرسة، وأحيانا من رياض الأطفال، في قيادة نمط حياة غير صحي إلى حد ما: الأدوات، وأسلوب حياة مستقر إلى حد ما.

ب. زيلينكوف:

هنا نعم ولا. من المؤكد أن نمط الحياة المستقر سيء. بالطبع، يجب أن تأتي الرياضة في المقام الأول، والتنقل النشط. ومع ذلك، فإن حقائق حياتنا تجعل الأطفال مضطرين إلى دراسة المزيد، وكمية المعلومات، وكمية المعرفة آخذة في الازدياد. الأداة هي أيضًا نتيجة حتمية للتقدم العلمي والتكنولوجي.

خامسا ليتش:

في بعض الأحيان يكون من الشر أن يقوم الآباء بطرد أطفالهم من أجهزة الكمبيوتر. إذا كان من المستحيل إعادتنا إلى المنزل من قبل، فمن المستحيل الآن إخراج الأطفال من المنزل بهذه الأدوات.

ب. زيلينكوف:

هنا يجب أن تفكر دائمًا: لماذا يحتاج الطفل إلى أداة؟ لا تنظر إلى المظاهر السطحية للمشكلة، بل إلى المظاهر العميقة. أي أن الطفل يحتاج إلى أداة عندما يشعر بالملل فقط وعندما لا يكون لديه أي أنشطة أخرى.

يحتاج الطفل إلى أداة عندما يشعر بالملل وعندما لا يكون لديه أي أنشطة أخرى.

خامسا ليتش:

ومن ناحية أخرى، فهو لا يسير في الشارع، ولا يتجول في مكان ما.

ب. زيلينكوف:

يمكنه الذهاب إلى القسم الرياضي وممارسة التمارين هناك. وهنا السؤال ليس للأطفال، بل للأهل، كيف ينظمون وقت طفلهم، وماذا يفعلون للتأكد من حصوله على أنشطة مثيرة للاهتمام، حتى لا تكون هناك رغبة في الجلوس على هذه الأداة طوال اليوم أو يكون هناك لا توجد فرصة لمجرد الحصول على الوقت، لأنه إذا درس هنا وهناك، فلن يكون لديه القوة والوقت للجلوس لساعات طويلة. لكن قضاء بعض الوقت على الهاتف أو الجهاز اللوحي، في الواقع، لا حرج في ذلك، لأن هذه لعبة حديثة، تمامًا كما كان لدينا في السابق مكعبات، وحبال قفز، وما إلى ذلك.

خامسا ليتش:

هل يمكنني الحصول على بعض التمنيات لزملائك ومرضاك؟

ب. زيلينكوف:

أتمنى أن يحافظ زملائي على الرغبة في تعلم شيء جديد باستمرار، حتى لا يتلاشى هذا الحماس، حتى لا تعيقه تقلبات الحياة أو الظروف، وحتى تكون هناك رغبة دائمة في تحسين الأساليب التي تتبعها الخاصة، لإثراء نفسك بالمعرفة.

أما بالنسبة للمرضى، فأنا أرغب في الحفاظ على الرصانة وعدم اعتبار الأطباء آلهة يرتدون معاطف بيضاء ويعرفون كل شيء بشكل أفضل. أي اتبع حدسك الداخلي قليلًا واكتشف ما تحتاجه وما لا تحتاجه. قد تكون هذه توصية غير عادية، خاصة بالنسبة للواقع الروسي، ولكن مع ذلك، ابدأ في تحمل المزيد من المسؤولية عن صحتك. من الأفضل أن تفهم وتتعلم وتهتم وتقرأ على الإنترنت عن خصوصيات علم وظائف الأعضاء والتشريح. وتعرف على ملامح مرضك، وبهذه المعرفة اذهب إلى الطبيب. قم بتقييم ما يوصى به بوعي. اختر طبيبًا، اختر عيادة. في الواقع، حرية الاختيار الآن جيدة جدًا. وقيادة نمط حياة صحي.

خامسا ليتش:

أتمنى لك كل خير. حتى المرة القادمة.

ب. زيلينكوف:

الكمبيوتر الضوئي، وشبكة Wi-Fi من المصباح الكهربائي، والمواد غير المرئية، وأشعة الليزر القتالية وأجهزة الاستشعار فائقة الحساسية... كل هذه هي ثمار نفس العلم - الضوئيات. لماذا أصبح الضوء اليوم موضوعًا للدراسة لما يقرب من نصف علماء الفيزياء حول العالم، في مادتنا الجديدة

الصورة: جيروساينس / علمي / DIOMEDIA

يُضاء الفأر الموجود في الغرفة بضوء أخضر جهنمي: يحتاج الليزر إلى بضع ثوانٍ لاختراق الجسم بعمق ومسحه ضوئيًا بأدق التفاصيل. تظهر صورة على الشاشة لأوعية دموية متشابكة يصل حجمها إلى عُشر المليمتر. هذا مجهر بصري صوتي - وهو جهاز فريد من نوعه، وهو الجهاز الوحيد حتى الآن في روسيا. إنه يحول الإشارة الضوئية إلى إشارة صوتية ولا يسمح فقط "برؤية" الأوعية الدموية وصولاً إلى الشعيرات الدموية الدقيقة، ولكن أيضًا لاكتشاف أصغر الجزيئات في الدم - على سبيل المثال، الخلايا السرطانية المفردة.

وإذا قمت بزيادة شدة الإشعاع، فسوف تنفجر الخلية ببساطة من ارتفاع درجة الحرارة وتطير بعيدا. هل تفهم؟ - يقول البروفيسور إلدار غابيتوف: "يمكننا إزالة الأجسام البيولوجية غير المرغوب فيها مباشرة داخل الجسم دون تدخل جراحي ودون التأثير على الجسم بأكمله. إن إمكانيات التشخيص والعلاج المتزامنين هي سمة من سمات الاتجاه الجديد للطب - العلاج العلاجي.

نحن موجودون في مركز الضوئيات والمواد الكمومية في معهد سكولكوفو للعلوم والتكنولوجيا في مختبر الفيزياء الحيوية. بينما يقوم العلماء بصقل مهاراتهم في عينات الأنسجة. ولكن في المستقبل القريب، سيكون لدى Skoltech مزرعة بحثية كاملة.

ومن المثير للاهتمام أن فكرة الجمع بين تقنيات التشخيص والعلاج نشأت مع الحائز على جائزة نوبل، أحد مؤلفي القنبلة الذرية الأمريكية، ريتشارد فاينمان. وتوقع إنشاء أدوات مستقلة يمكنها إجراء العمليات الجراحية مباشرة على جسم الإنسان. كتب فاينمان: "... سيكون من المثير للاهتمام أن تتمكن من ابتلاع جراح. ستدخل جراحًا ميكانيكيًا في الأوعية الدموية، وسيذهب إلى القلب و"ينظر حوله" هناك...". وربما يصبح كل هذا حقيقة في العقد القادم. وللقيام بذلك، نحتاج إلى فهم كيفية تفاعل الفوتونات مع المادة على المستوى النانوي وتطوير طرق للتحكم في الضوء.

كمبيوتر مصنوع من الضوء

يضيف البروفيسور غابيتوف وهو في طريقه إلى مختبر آخر: "الضوء هو أساس كل شيء. وبدون الضوء لن يكون هناك شيء: لا يمكن أن تنشأ الحياة على الأرض". لن يكون هناك طب حديث، ولا صناعة حديثة، ولن يكون هناك أيضًا المجتمع الحديث بأكمله ببنيته المعلوماتية المعقدة واقتصاده وحياته اليومية. علم الضوئيات، الذي يرجع تطوره السريع إلى عدد كبير من التطبيقات، يدرس خصائص الضوء، وتفاعل الضوء مع المادة، ويطور طرقًا للتحكم في تدفقات الضوء. تشترك هذه الأساليب في شيء واحد، وهو أنها تعتمد على معالجة جزيئات الضوء، وهي الفوتونات. (الفوتون عبارة عن كم من الإشعاع الكهرومغناطيسي، وعلى عكس الإلكترون، ليس له كتلة أو شحنة كهربائية ويتحرك في الفراغ بسرعة الضوء - "عن".)

لماذا بدأت الضوئيات في التطور بسرعة كبيرة في الوقت الحالي؟ وقد حددتها جميع الدول المتقدمة، بما في ذلك روسيا، باعتبارها منطقة ذات أهمية استراتيجية.

أود أن أذكر عاملين رئيسيين - تطوير القاعدة الآلية والاحتياجات التكنولوجية المتزايدة، بما في ذلك البنية التحتية للمعلومات في المجتمع الحديث. اليوم، يتم إنشاء ما بين 30 إلى 40 بالمائة من منتجات العالم باستخدام الضوئيات، وتتزايد قائمة المجالات التي سيتم تطبيق الاكتشافات فيها كل يوم.

تظل تكنولوجيا الكمبيوتر واحدة من أهم المجالات. في عام 1965، صاغ مؤسس شركة إنتل، جوردون مور، قانونًا يقضي بأن يتضاعف عدد الترانزستورات الموجودة على الشريحة، وبالتالي أداءها، كل عامين. لكن في عام 2016، توقف قانونه عن العمل: لم يعد من الممكن للإلكترونيات أن تتطور بهذه السرعة. هل ستحل التقنيات الضوئية محلها؟

لقد وصلت تكنولوجيا الإلكترونيات بالفعل إلى بعض الحدود في بعض المجالات. نحن جميعًا شهود على التطور السريع للأجهزة المعتمدة على الإلكترونيات. يمتلك العديد من الأشخاص هاتفًا ذكيًا في جيوبهم - وهو جهاز رائع لم يكن من الممكن تصور وظائفه قبل 20 عامًا. يوضح مظهره جيدًا القانون الفلسفي للانتقال من الكمية إلى الجودة. إذا حاولنا صنع شيء مشابه للهاتف الذكي في أيام ما يسمى بالإلكترونيات المنفصلة، ​​فإن الجهاز المقابل سيكون مصنوعًا من أنابيب الراديو، والمكثفات، والمقاومات، والمحاثة، وما إلى ذلك. سيكون حجم الكتلة. بالإضافة إلى ذلك، فإنه سيستهلك كمية لا تصدق من الطاقة ولن يكون قادرًا على العمل بسبب الأعطال المستمرة بسبب عدم موثوقية العناصر. فقط ظهور الدوائر الدقيقة المتكاملة للغاية (التي تحتوي على عدد كبير من العناصر - "O") أدى إلى إنشاء نوع جديد من الأجهزة، وهو متاح الآن للجميع. ومع ذلك، فإن تحقيق المزيد من التقدم في تطوير الإلكترونيات غير ممكن في بعض الحالات.

- وما هو السبب؟

ثانيا، يعوق تطوير أجهزة الكمبيوتر إلى حد كبير نقص المواد التي يمكنها إزالة الحرارة. أصبحت العناصر الموجودة في الأجهزة الحديثة صغيرة جدًا، ولكن هناك الكثير منها، وهي معبأة بإحكام شديد، لذلك من المستحيل تجنب ارتفاع درجة الحرارة. حاليًا، اضطر عمالقة الصناعة مثل Google وFacebook إلى تحديد موقع "مراكز البيانات" الخاصة بهم (مراكز معالجة البيانات - "O") في المناخات الباردة: خارج الدائرة القطبية الشمالية وفي الشمال على منصات النفط، حيث يوجد الكثير من ماء بارد . ويقع أكبر مركز بيانات في الصين على ارتفاع 1065 مترًا فوق مستوى سطح البحر في مدينة هوهيهوت في منغوليا الداخلية. يجب حل المشكلة لأن كثافة أنظمة التخزين ستزداد. إن مهارة مسح شيء ما أو إتلافه تختفي تمامًا من ثقافة المستخدمين، كما كان الحال قبل 20 عامًا عندما استخدمنا الأقراص المرنة أو الأقراص. مساحة السحابة تبدو لا نهاية لها.

والسبب الثالث، وهو الأهم، والذي بسببه لم تعد سرعة أجهزة الكمبيوتر تزداد، يتعلق بعدد الإلكترونات التي تشارك في عملية منطقية أولية. والآن تتضمن عملية واحدة في الواقع إلكترونًا واحدًا. وهذا يعني أنه سيتعين علينا أيضًا استخدام "نصف" أو "ربع" الإلكترون، وهو أمر سخيف تمامًا. ولذلك، نشأت الفكرة لمحاولة إنشاء أجهزة متكاملة للغاية باستخدام الفوتونات.

فهل سيكون هذا مشابهاً للاختراق التكنولوجي الذي حدث في السبعينيات، عندما بدأوا في استخدام الألياف الضوئية بدلاً من الكابلات النحاسية؟ ففي نهاية المطاف، كان هذا التحول هو الذي أدى في الأساس إلى إنشاء مجتمع المعلومات الحديث.

نعم، الألياف الضوئية - وهي خيط رفيع من مادة شفافة ينتقل من خلالها الضوء بسرعة عالية - هي مادة مذهلة. تخيل: عشرات الكيلومترات من الألياف الضوئية تتمتع بنفس الشفافية التي يتمتع بها متر من زجاج النافذة! وهذا يجعل من الممكن استخدام الفوتونات بدلاً من الإلكترونات كحاملات للمعلومات. أدى إنشاء تقنية الألياف الضوئية واختراع مكبرات الصوت الضوئية إلى تحقيق اختراقات هائلة في مجال النقل عالي السرعة. الآن، بالطبع، هناك إغراء لاستخدام التقنيات الضوئية ليس فقط لنقل المعلومات، ولكن أيضًا لمعالجة المعلومات.

- فهل من الممكن إنشاء حاسوب فوتوني في المستقبل القريب؟

وهنا نواجه مشاكل لم يتم حلها بعد. على سبيل المثال، المعالج الحديث عبارة عن بنية معقدة مصنوعة من عناصر صغيرة. تعمل الشركات كل عام على تحسين التكنولوجيا: تتمتع Apple وSamsung بأبعاد تكنولوجية تبلغ حوالي 7 نانومتر (أي أنه من الممكن اليوم العمل بأجزاء بهذا الحجم، وبالتالي وضع الكثير من العناصر المصغرة. - "O"). لكن الفوتون، كما نعلم، هو جسيم وموجة في نفس الوقت. كما أن طول هذه الموجة المستخدمة في نظم المعلومات الحديثة يبلغ 1550 نانومتر. وبشكل تقريبي، سيكون الهاتف الذكي المعتمد على التكنولوجيا الضوئية اليوم أكبر بحوالي 200 مرة مما اعتدنا عليه.

المشكلة الثانية التي لم يتم حلها هي عدم وجود طرق فعالة للتحكم في تدفقات الفوتون. من المعروف أن الإلكترونات لها شحنة، لذلك يمكن التحكم فيها باستخدام مجال مغناطيسي أو كهربائي. الفوتونات محايدة ولا يمكن فعل ذلك. يتوقع الجميع اليوم ظهور أجهزة هجينة جديدة تجمع بين الضوئيات والإلكترونيات. وتكافح مراكز الأبحاث التابعة للشركات الرئيسية لحل هذه المشكلة.

ماذا سيعطي؟ أداء لا يصدق؟ هل لدى البشرية مشاكل تحتاج إلى حل بهذه الإنتاجية؟

بالطبع، هناك مثل هذه المهام في مجال النمذجة المناخية وأبحاث الدماغ والمشاكل الطبية والبيولوجية... ويمكن أن تستمر هذه القائمة لفترة طويلة. أما بالنسبة للفرص الجديدة للحياة اليومية، فلا أستطيع الإجابة على هذا السؤال. مرة أخرى، قبل 20 عامًا، لم يكن بوسعنا أن نتخيل القدرات المذهلة التي ستتمتع بها الهواتف الذكية. ولذلك، فإن التخيل بشأن الوظيفة التي يمكن أن يؤدي إليها إنشاء أجهزة ضوئية متكاملة للغاية هو مهمة غير مرغوب فيها.

علم التنوير

- ما هي تكلفة علم الضوئيات؟ ما نوع المنشآت التي يحتاجها العلماء؟

من الصعب تخيل مشاريع عملاقة مثل مصادم الهادرونات في مجال الضوئيات - حجم العمليات هنا أصغر. لكن هذا العلم مكلف للغاية. عادة، تكلف مراكز الضوئيات التي تعمل مع أجسام صغيرة جدًا، بمواد جديدة وأجهزة جديدة، حوالي 250-300 مليون دولار.

- أين تتركز الإمكانات العلمية اليوم وأين من المرجح أن تظهر الأجهزة الفائقة الجديدة؟

يتم نقل المزيد والمزيد من الأبحاث وتركيزها في الشركات الكبيرة. إن الموظفين الرئيسيين مكلفون للغاية، لذا تقوم الشركات بالاستعانة بمصادر خارجية لبعض أبحاثها التجريبية عالية المخاطر للجامعات حيث يوجد أساتذة مؤهلون وطلاب جيدون.

إذا تحدثنا عن البلدان، يتم إنجاز الكثير من العمل في الولايات المتحدة. بالإضافة إلى ذلك، هناك مراكز جيدة في إنجلترا وألمانيا واليابان وكوريا. جزئيا في فرنسا. يتم إنجاز الكثير من العمل في الجامعات، مثل جامعة روتشستر في نيويورك. يعد هذا بشكل عام مكانًا معروفًا لكل من له علاقة بالبصريات. بدأ عمالقة البصريات المشهورون مثل Kodak وXerox وBausch وLomb عملهم هنا.

- الصين ليست في هذه القائمة بعد؟

الصين قصة مختلفة. يتم تخصيص أموال هائلة هناك للضوئيات. ويهيمن الصينيون بالفعل على مجالات معينة من الإنتاج، لكنهم قد يظلون متخلفين قليلاً في تطوير الأجهزة الجديدة. على الرغم من أنه في مكان ما، على سبيل المثال، في الاتصالات الكمومية، تجاوز الصينيون العالم كله. حرفيًا في شهر سبتمبر من هذا العام، وباستخدام القمر الصناعي الكمي QUESS، قاموا بإنشاء اتصالات بين الصين والنمسا. ولم يحطم هذا الرقم القياسي للمسافة التي قطعتها الإشارة فحسب، بل كان أيضًا بمثابة بداية إنشاء روابط اتصال لا يمكن اختراقها.

إن الصين تتطور بسرعة كبيرة، فهي لا تجتذب أموالاً كبيرة فحسب، بل تجتذب أيضاً الإمكانات البشرية. ومن المثير للاهتمام الآن أن الطلاب الصينيين في كثير من الأحيان لم يعودوا يقيمون في نفس الولايات بعد الدراسة، بل يعودون إلى الصين، وبعد ذلك، يصبحون رؤساء مختبرات، ويقومون بدعوة أساتذتهم هناك.

ليس سراً أن الإلكترونيات هي مجال تتخلف فيه روسيا، بعبارة ملطفة، عن الركب: في سوق المعالجات الدقيقة المدنية لدينا واردات بنسبة 100 بالمائة. ماذا يمكن أن يقال عن الضوئيات الروسية؟ وهذا أمر مثير للاهتمام بشكل خاص، لأنه في مجموعة البريكس فإن روسيا والهند هي المسؤولة عن ذلك، باعتبارها واحدة من أكثر المجالات الواعدة في العلوم.

نعم، من الواضح أن روسيا والهند ستقومان بتنفيذ برامج مشتركة في مجال الضوئيات الراديوية. لكن بشكل عام، أود أن أقول إن الاختيار له ما يبرره. قليل من الناس يتذكرون أنه في عام 1919، في ذروة الحرب الأهلية، تم إنشاء معهد الدولة للبصريات (GOI) بقرار من الحكومة. وبحلول عام 1923 كانت واحدة من أفضل المؤسسات العلمية تجهيزًا في العالم.

بشكل عام، هذه المؤسسة الرائعة حلت الكثير من المشاكل. لنفترض أنه قبل الحرب العالمية الأولى، كانت ألمانيا الشركة المصنعة الرئيسية للبصريات، وفي مكان ما في خضم الحرب، تم فرض العقوبات، كما يقولون الآن. أي أن الأجهزة لم تعد متوفرة لروسيا. كان من الضروري إنشاء صناعة لعبت فيها الحكومة الإسرائيلية دورًا كبيرًا. على أساسه، في نفس عام 1919، تم بناء مقياس تداخل 300 متر لمراقبة النجوم. هناك انخرطوا في كل من العلوم الأساسية وإنشاء قاعدة تكنولوجية. تم إنشاء كل شيء هنا - من المجاهر الطبية إلى البصريات والعدسات العسكرية الأكثر تعقيدًا للمركبات الفضائية.

لسوء الحظ، في التسعينيات المجنونة، سقطت حكومة إسرائيل في حالة يرثى لها. تم قبول العديد من المتخصصين بقرار قوي الإرادة من الإدارة للعمل في ITMO - جامعة سانت بطرسبرغ البحثية لتكنولوجيا المعلومات والميكانيكا والبصريات. الآن هذه مؤسسة تعليمية فريدة من نوعها حيث يتم تنفيذ عمل علمي جاد للغاية. حسنًا، بالإضافة إلى ذلك، لا يسع المرء إلا أن يذكر الفيزياء والتكنولوجيا، MISIS، الجامعة. بومان في موسكو، جامعة نوفوسيبيرسك. الآن هذه المنطقة بأكملها آخذة في الارتفاع، وقرار الحكومة الروسية بدعم تطوير الضوئيات في روسيا ليس من قبيل الصدفة. بالمناسبة، شاركت Skoltech في تشكيل هذا البرنامج. وأخيرا، هناك اهتمام جدي من قطاع الأعمال: فهناك منظمات تنتج منتجات تنافسية للتطبيقات المدنية والعسكرية وتقوم بتطوير منتجات جديدة.

العودة إلى المستقبل

من فضلك أخبرنا عن التقنيات الضوئية التي ستغير حياتنا اليومية. في أي مرحلة يتم تطوير تقنية Li-Fi - شبكة Wi-Fi مدعومة بالفوتونات؟

يعتبر مؤسس هذه التكنولوجيا هو الفيزيائي الألماني هارالد هاس، الذي استخدم في عام 2011 مصباح LED كجهاز توجيه. وفي ظروف المختبر، وصلت سرعة النقل إلى 224 جيجابت/ثانية. تتيح هذه السرعة، على سبيل المثال، تنزيل 18 فيلمًا حجم كل منها 1.5 جيجابايت في ثانية واحدة. فارق بسيط آخر مهم هو السرية. يمكن أن تمر موجات الراديو عبر الجدران، مما يعني أنه عند الاتصال عبر شبكة Wi-Fi، يمكن قراءة إشارة الراديو بسهولة، ويمكن سرقة البيانات وفك تشفيرها. لن ينتقل الضوء المعدل بعيدًا عن الغرفة، ومن الصعب جدًا اعتراض مثل هذه الإشارة سرًا - حيث يتم إدراكها ونقلها في خط الرؤية. لكن هذه التكنولوجيا لا تزال بعيدة عن التنفيذ. تعتبر التقنيات المعتمدة على البلازمونات أكثر واقعية.

-ما هم؟

بدأت البلازمونات في التطور منذ حوالي 15 عامًا فقط، لكن الظواهر المرتبطة بها كانت معروفة منذ وقت طويل جدًا. على سبيل المثال، في مصر القديمة، تمت إضافة المعادن إلى الزجاج ورسمها بألوان مختلفة. وفي المتحف البريطاني كوب فريد مصنوع من الزجاج يذوب فيه الذهب، فيكون في ضوء وردي، وفي ضوء آخر أخضر. النقطة المهمة، كما اتضح فيما بعد، هي أنه عند إذابته في الزجاج، لا يتبدد الذهب إلى جزيئات، بل يتجمع في مجموعات - يبلغ حجم الجسيمات حوالي 50 نانومتر. وإذا أضاءت بالضوء يكون الطول الموجي أكبر من حجم الجسيم، ويمر الضوء حوله دون أن يتبدد. أدى هذا الاكتشاف إلى إنشاء مجموعة واسعة من التقنيات، مثل الليزر النانوي، وهو أصغر من الطول الموجي، وأجهزة الاستشعار فائقة الحساسية.

- هل هناك نماذج صالحة للعمل بالفعل؟

يأكل. تم نشر الأعمال الأولى على مثل هذه الليزرات منذ عدة سنوات من قبل ميشا نوجينوف، خريج معهد MIPT الذي يعيش في الولايات المتحدة الأمريكية. وكان أول من صنع ليزرًا يبلغ طوله 40 نانومترًا، أي أصغر بمليون مرة من سمك شعرة الإنسان. ظهرت معلومات حول هذا في عام 2011 في مجلة الطبيعة. ومنذ ذلك الحين، بدأت الحياة التجريبية لأشعة الليزر النانوية. على وجه الخصوص، مواطننا السابق الآخر مارك ستوكمان، طالب الأكاديمي سبارتاك بيلييف، عميد جامعة ولاية نوفوسيبيرسك، توصل إلى SPASER - مصدر نانوي بلازموني للإشعاع البصري. وهو جسيم يبلغ طوله 22 نانومتر، أي أصغر بمئات المرات من خلية الإنسان. بفضل طلاء خاص، تستطيع جزيئات SPASER "العثور" على الخلايا السرطانية النقيلية في الدم وتدميرها من خلال الالتصاق بها. ووفقا لتقديرات ستوكمان المتفائلة للغاية، فإن الأجهزة الأولى من هذا النوع قد تظهر خلال العام المقبل.

- ما هي الأغراض التي ستُستخدم فيها أجهزة الاستشعار فائقة الحساسية في المقام الأول؟

على سبيل المثال، لوضع علامات على المتفجرات. بالنسبة لأنشطة مكافحة الإرهاب، من المهم جدًا معرفة مصدر هذه المتفجرة أو تلك والعثور على المصدر الذي تسربت منه. تُبذل جهود كبيرة في جميع أنحاء العالم لوضع علامات على المتفجرات، لأنه بعد ذلك، من خلال جمع ما تبقى بعد الانفجار، من الممكن فهم مكان صنع المادة - وصولاً إلى التحول والوقت. وبطريقة لا يستطيع العدو أن يفهم ما يضاف هناك. ويتم حل هذه المشكلة ببساطة: تدخل عدة جزيئات إلى المادة المتفجرة، والتي يمكن لجهاز الاستشعار المعتمد على التكنولوجيا الضوئية التعرف عليها.

الاتجاه الآخر هو وضع العلامات على المخدرات. من المعروف أنه يوجد في أي قرص كمية صغيرة جدًا من المادة الفعالة، ويتكون الجزء الأكبر من الحشو والقشرة. يمكننا، على سبيل المثال، خلط خمسة أصباغ بنسبة معينة، ثم تخفيفها إلى تركيزات منخفضة وبالتالي تمييز الأقراص الأصلية من خلال تركيبة طلاء معينة. لتمييزها عن المنتجات المقلدة، ما عليك سوى وضع الأجهزة اللوحية على ركيزة خاصة ومعرفة الطيف الذي تنبعث منه. هذا الاتجاه الواعد يتطور على نطاق واسع في العالم.

في مختبرنا في Skoltech، نقوم بتطوير جهاز استشعار يمكنه تحديد مستوى الكورتيزول، هرمون التوتر، في دم الإنسان. ستكون هذه أداة يمكن ارتداؤها وتنقل المعلومات في الوقت الفعلي. هل يمكنك أن تتخيل ما هو الشيء الذي لا يقدر بثمن بالنسبة للأشخاص الذين يتطلب عملهم تركيزًا مستمرًا؟

في أواخر الستينيات، كان هناك حديث في العالم عن إنشاء أسلحة ليزر قتالية. كان برنامجنا بقيادة الحائز على جائزة نوبل نيكولاي باسوف. وتحت قيادته تم إنشاء ليزر قتالي قادر على ضرب صاروخ باليستي. ما هي مجالات الضوئيات التي تهم الجيش؟

وبطبيعة الحال، يتم العمل في مجال الليزر القتالي في جميع البلدان، ولكن هذا ليس موضوعا يمكن مناقشته. المواد الخارقة المحتملة (هذا هو الاسم الذي يطلق على المواد التي تم إثراء خصائصها من خلال تكنولوجيا النانو - "O") للتمويه تتم مناقشتها بشكل أكثر نشاطًا اليوم.

- نعم، لقد ذكرت الشركات مرارًا وتكرارًا أنها مستعدة لإنشاء عباءة الاختفاء، كما في رواية إتش جي ويلز.

وهذا اتجاه شائع للغاية في الفضاء الإعلامي. في رواية ويلز، كان الاختفاء يعتمد على مبدأ شفافية المادة. وهذا المبدأ، أو بالأحرى تقليده، يجري تنفيذه حاليا. والآن، على سبيل المثال، تجري مناقشة مشروع بناء برج، والذي يصبح من وقت لآخر "شفافا"، في سيول. وسيتم إضاءة سطح المبنى بمصابيح LED، كما ستبث عدد من الكاميرات الموجودة على الواجهات صورة للسماء على سطحه في الوقت الفعلي. يجب أن يصبح البرج "المنشط" بالكامل غير مرئي أمام السماء. صحيح أنه ليس من الواضح تمامًا كيف سيتم حل المشكلات المتعلقة بأمن الطيران، نظرًا لوجود مطار ليس بعيدًا عن هذا المكان.

تم وصف تقنية أخرى في كتاب الخيال العلمي - "المرأة الخفية". هناك السيدة محاطة بقوقعة تشوه مسار الأشعة.

يتم تنفيذ هذا المبدأ باستخدام المواد الخارقة. يمكن للمواد الخارقة أن تثني أشعة الضوء بطريقة تجعل الجسم المختبئ خلفها غير مرئي. لكن المشكلة هي أن هذا ممكن فقط مع الأجسام الصغيرة جدًا -في حدود السنتيمتر- وفي منطقة ضيقة من الطيف.

وفي كلتا الحالتين، من السابق لأوانه الحديث عن الاختفاء الحقيقي.

الفيزياء ليوم غد

في القرن العشرين، تم تحديد تطور مجال أو آخر من مجالات الفيزياء، كقاعدة عامة، من خلال نظام سياسي. في إحدى مقابلاته الأخيرة، قال الأكاديمي غينزبرغ إنه عندما أسقط الأمريكيون القنبلة الذرية، زاد راتبه 3 مرات... ما الذي يدفعك، في رأيك، إلى تطوير هذا المجال أو ذاك من الفيزياء اليوم؟

وفي العقود القليلة الماضية، لم تكن الطلبات تتحدد وفقاً للاحتياجات السياسية، بل وفقاً للاحتياجات الصناعية. بعد كل شيء، كيف كان الأمر من قبل؟ تم إجراء بعض الاكتشافات، وتمت دراسة بعض الظواهر، وتم الكشف عن بعض الحقائق الرياضية، وبعد وقت طويل تم تجسيدها في التطبيقات. الآن أصبحت سرعة التنفيذ بحيث تمر حرفيًا بضعة أشهر من اكتشاف التكنولوجيا إلى ظهورها. نشأت جميع الضوئيات الحيوية منذ حوالي سبع سنوات، واليوم لا يمكن لأي مركز كبير للتقنيات الضوئية الاستغناء عن المختبر المناسب.

لذلك، الآن في الغرب، يتحول تطوير التخصصات الفيزيائية من أقسام الفيزياء إلى أقسام الهندسة. هناك اليوم يوجد تمويل أفضل ويوجد نظام صناعي. وفي الوقت نفسه، يتناقص تمويل أقسام الفيزياء. وهذا هو الاتجاه العام الذي أراه في كل من أوروبا والولايات المتحدة.

- هل هذا يعني أن إعادة توزيع الأموال بين العلوم الأساسية والتطبيقية قادمة؟

من المحتمل جدا. غالبًا ما يتطلب التقدم في العلوم الأساسية استثمارات رأسمالية كبيرة جدًا. أصبحت العلوم الأساسية مكلفة للغاية، لذلك هناك تعاون دولي ودعم مالي. هذه ظاهرة شائعة. في وقت ما، كان لدينا في معهد لانداو وجهة نظر مفادها أن الظواهر غير المفهومة وغير المعروفة هي الفيزياء الحقيقية فقط. وكل شيء آخر هو التطبيق. ومن وجهة النظر هذه، فإن العلوم الأساسية اليوم ستكون، على سبيل المثال، دراسة المادة المظلمة والطاقة المظلمة.

قلت في إحدى المقابلات التي أجريتها إن جودة التعليم للطلاب في أقسام الفيزياء تتراجع بشكل كارثي. أنت تقوم بالتدريس في الولايات المتحدة الأمريكية وروسيا. فهل ينطبق هذا على البلدين؟

إن تراجع الاهتمام بالعلم يمثل مشكلة عالمية. إنه مرئي بوضوح في كل مكان تقريبًا. على ما يبدو، يجب على البشرية أن تفكر في هذا الأمر، لأنه عاجلا أم آجلا سيؤدي إلى بعض العواقب السلبية. نعم، أشير إلى حقيقة أن جودة التعليم للطلاب بعد المدرسة آخذة في التدهور. وهناك أسباب كثيرة لذلك، أحدها تدمير نظام البحث والرعاية اللاحقة للأطفال الموهوبين، خاصة من المحافظات.

بالإضافة إلى ذلك، يواجه نظام المدارس الداخلية الروسية الحديثة صعوبات كبيرة، لأنه يتم تخصيص الأموال لهم كما هو الحال في المدارس العادية. تجد المؤسسات الأكاديمية بعض مصادر التمويل الخارجية، ولكن هذا ليس ملفها الشخصي. يجب على الدولة التعامل بشكل منهجي مع هذا. وفي العهد السوفييتي، كان هذا النظام نفسه، الذي استعارته الصين الآن منا، يعمل بشكل جيد للغاية.

في الولايات المتحدة الأمريكية، زُعم أنهم قاموا في وقت ما بتقليد النظام السوفييتي لمدارس الرياضيات، لكنني لم أسمع عن الصين بعد...

عندما أتحدث مع زملائي في الصين، أرى الكثير من الأشياء المألوفة - ما مررنا به في وقت ما. على سبيل المثال، تم نسخ النظام السوفيتي للمسابقات واختيار أفضل الطلاب هناك. وهذا قريب جدًا مني، لأن هذه هي الطريقة التي دخلت بها العلوم. كانت والدتي معلمة واشتركت في جريدة المعلم حيث تم نشر مهام أولمبياد الفيزياء والرياضيات. لقد قمت بحلها لجميع الفصول دفعة واحدة وأرسلت الحلول عبر البريد. علاوة على ذلك، تم تجميع المهام من قبل معلمين حكيمين للغاية، لأنهم قاموا بتسوية الفرق بين المدارس المتخصصة، التي قدمت تدريبًا جيدًا جدًا، والمدارس الريفية. بمعنى آخر، كان التركيز على الذكاء، وسعة الحيلة، وعلى الأشخاص ذوي الإمكانات. الآن في روسيا هذا ليس هو الحال.

- يسمي الكثير من الناس القرن العشرين قرن الفيزياء النووية. ما هو مجال الفيزياء الذي سيصبح الرائد في القرن الحادي والعشرين؟

إن أروع مجال في الفيزياء الحديثة في رأيي هو علم الكون. المادة المظلمة والطاقة المظلمة ظواهر غامضة ومذهلة تم اكتشافها وما زالت تنتظر تفسيرها. إن دراسة هذه الظواهر وكشفها ستؤدي إلى تقدم هائل في فهمنا لبنية العالم. لكن الضوئيات، التي تحدثنا عنها اليوم، ستلعب في القرن الحادي والعشرين نفس الدور الذي لعبه المحرك البخاري في القرن التاسع عشر أو الإلكترونيات في القرن العشرين.

احسب الضوء
بطاقة العمل

توصل الفيزيائي إلدار غابيتوف إلى شغفه بالضوئيات من خلال الصيغ الرياضية. وهو الآن يعمل في ثلاثة اتجاهات في وقت واحد - دراسة خصائص الضوء، وتنفيذ التطورات في الحياة وإنشاء برامج لتطوير العلوم

إلدار غابيتوف هو أستاذ في كلية الرياضيات بجامعة أريزونا (الولايات المتحدة الأمريكية)، ومدير مركز الضوئيات والمواد الكمومية في معهد سكولكوفو للعلوم والتكنولوجيا، وباحث بارز في معهد الفيزياء النظرية. إل دي. لانداو راس.

ولد عام 1950 لعائلة مدرس ومهندس تعدين. درس في جامعة لينينغراد في قسم الفيزياء. في قسم الفيزياء الرياضية، كان معلموه أساتذة مشهورين أولغا ليديجينسكايا وفاسيلي بابيتش. لبعض الوقت كان يعمل في مؤسسة مغلقة بالقرب من لينينغراد، في سوسنوفي بور. ثم - في معهد الرياضيات في بيشكيك. ومن هناك انتقل إلى معهد لانداو للأكاديمي فلاديمير زاخاروف. في بداية التسعينيات، انتقل إلى ألمانيا، ثم إلى مختبر لوس ألاموس الوطني في الولايات المتحدة الأمريكية، وبعد ذلك استقر في جامعة أريزونا. يقضي معظم أيام السنة هناك.

البروفيسور غابيتوف هو مؤلف أكثر من 100 ورقة علمية حول الفيزياء النظرية والرياضية، والبصريات غير الخطية، ونظرية الأنظمة المتكاملة، واتصالات الألياف الضوئية، والظواهر متعددة النطاق والمواد النانوية، وعلم الضوئيات النانوية، وعلم النانوبلاسمونيات. وهو معترف به كخبير من قبل العديد من الجمعيات المهنية الدولية، بما في ذلك المؤسسة الوطنية للعلوم (الولايات المتحدة الأمريكية)، ومجلس أبحاث العلوم الطبيعية والهندسية في كندا، ومؤسسة البحث والتطوير المدنية الأمريكية (الولايات المتحدة الأمريكية)، ومجلس أبحاث العلوم الهندسية والفيزيائية (المملكة المتحدة). وهو عضو في المجلس الأكاديمي لمعهد سكولكوفو للعلوم والتكنولوجيا. شارك في إعداد "البرنامج المشترك بين الإدارات للبحث العلمي والتطوير في مجال الضوئيات للفترة 2017-2020" التابع لوزارة التعليم والعلوم في الاتحاد الروسي.

أقيم المعرض الصناعي الدولي "Innoprom-2015" في يكاترينبرج. وقد غطت الجلسات العامة والاجتماعات والمؤتمرات الدولية وأفرقة الخبراء هذا العام مجموعة واسعة من المواضيع والقضايا. وكانت نتيجة هذا التواصل عشرات الاتفاقيات المحددة والعقود الكبرى.

المستقبل هو الضوئيات. وكانت المناقشة الأكثر إنتاجية في المائدة المستديرة "الضوئيات - القوة الدافعة للتنمية المبتكرة للصناعة"، حيث تمت مناقشة قضايا تطوير الضوئيات في روسيا وآفاق تطبيقها في العلوم والصناعة. وكان شركاء هذا الحدث هم قادة الصناعة: شفابي ومركز الليزر وسكولكوفو. ظهر مصطلح "الضوئيات"، الذي تم تشكيله عن طريق القياس مع كلمة "الإلكترونيات"، منذ وقت ليس ببعيد، منذ 5 إلى 7 سنوات. تحتل روسيا مكانة ذات أولوية في العالم في مجال الضوئيات. في أصول هذا الاتجاه كان هناك علماء بارزون في بلدنا: الأكاديميون نيكولاي باسوف، ألكسندر بروخوروف، نيكولاي فافيلوف. تحتل مدرسة فالنتين بافلوفيتش جابونتسيف الآن المكانة الرائدة في سوق الضوئيات. وتنتج الشركة التي يرأسها، IPG Photonics، 40 بالمائة من ألياف الليزر في العالم.

"في روسيا لدينا مئات الشركات والمنظمات العاملة في مجال الضوئيات. يقول إيفان كوفش، رئيس جمعية الليزر الروسية: "إنهم يجرون أبحاثًا علمية وينشرون مقالات علمية، وينتجون منتجات يمكن طلبها وشراؤها، ويقومون بتدريب موظفين متخصصين". - وهذا يشمل المعاهد الأكاديمية والصناعية والجامعات والمؤسسات ومكاتب التصميم، ولكن بشكل عام منطقتنا هي المؤسسات الصغيرة. تنتج حوالي 350 شركة صغيرة 70 بالمائة من جميع الضوئيات المدنية في روسيا، ما يقرب من ألفي نموذج - وهي عناصر بصرية، ونوع من مصادر الإشعاع وأنواع أخرى من المنتجات.

إحدى المهام المهمة للصناعة ليست فقط إنشاء التكنولوجيا، ولكن أيضًا الترويج لها موضع التنفيذ، والأداة القوية جدًا لذلك هي مراكز الكفاءة الصناعية الإقليمية. الآن يتم استخدامها في جميع أنحاء العالم، ولدينا أيضًا مثل هذه الخبرة في بلدنا. على سبيل المثال، تم إنشاء خمسة مراكز روسية ألمانية في روسيا خلال السنوات العشر الماضية كجزء من الاتفاقية الروسية الألمانية للتعاون العلمي والتقني في مجال الليزر والتقنيات البصرية. قام الألمان بتزويد أحدث المعدات، وتعمل المراكز في خمس مدن، وهي صغيرة، 5-8 أشخاص لكل منها. على مدار عشر سنوات، مرت عبرها 1.5 ألف مؤسسة. وأصبح كل ثلثهم اليوم مستخدمًا لتقنيات الليزر في معالجة المواد.

ما هي الاتجاهات الرئيسية في السوق العالمية اليوم؟ الشيء الرئيسي هو الزيادة السريعة في عدد تقنيات وتقنيات الضوئيات التي لها تطبيقات اقتصادية بحتة. زيادة حجم إنتاج منتجات الضوئيات في تلك المجالات التي يتم استخدامها فيها بالفعل بنشاط، وهو ما يرتبط بتطور التكنولوجيا وتطوير مواد ومعدات جديدة. المجالات الرئيسية للتنمية اليوم هي تقنيات الإنتاج، حيث أن البلدان المتقدمة قد سلكت طريق إعادة التصنيع وتطالب بنشاط بتقنيات جديدة. يمكن رؤية تأثير تقنية الليزر الضوئية على الابتكار في هذا المثال. اليوم، المشكلة الأكثر أهمية في مجال الإلكترونيات الدقيقة هي تقليل العنصر - الشريحة. وأفضل حجم حتى الآن هو 20 نانومتر. من المستحيل القيام بذلك بدون الضوئيات. تستخدم هذه العملية الطباعة الحجرية، إما الطباعة الحجرية على الموجات القصيرة أو الطباعة الحجرية الأيونية. لذا، فإن إنفاق مليون دولار على الطباعة الحجرية يسمح لنا بإنتاج رقائق بقيمة 100 مليون دولار. هذه الرقائق، التي لا يمكن تصنيعها إلا بالليزر، يمكن استخدامها بمبلغ 1.5 مليار دولار في المنتجات النهائية: أجهزة الكمبيوتر، والكاميرات الرقمية، والهواتف، وما إلى ذلك. فيما يلي احتمالات استخدام الضوئيات: استثمرت مليون دولار - حصلت على 1.5 مليار نتيجة لذلك!

أو دعنا نقول موضوعًا ساخنًا مثل "الضوئيات والطب". اليوم، يشيخ سكان العالم بسرعة، وتظهر العديد من الأمراض الجديدة. المشاكل الصحية تأتي إلى الواجهة. على سبيل المثال، تنفق الولايات المتحدة الأمريكية 1 تريليون 800 مليار دولار سنويا على الصحة العامة، وألمانيا - 225 مليار يورو. هذه أعداد ضخمة. وفقًا للخبراء اليابانيين، فإن مجرد إدخال تقنيات الضوئيات في التشخيص والعلاج يقلل من تكاليف الرعاية الصحية بنسبة 20 بالمائة. وهذا يعني حوالي 400 مليار دولار سنويا.

جانب آخر هو تكنولوجيا الإضاءة، وبشكل أكثر دقة، الإضاءة باستخدام مصابيح LED. يتم الآن إنفاق 15 بالمائة من إنتاج الكهرباء العالمي على الإضاءة. ومن المرجح أن يتضاعف هذا الرقم في السنوات العشرين المقبلة بسبب التوسع الحضري السريع في آسيا، الأمر الذي يؤدي إلى تكاليف كبيرة وتلوث بسبب ضخامة النفايات الناتجة عن توليد الطاقة. السبيل الوحيد للخروج هو استخدام مصابيح LED بكفاءة عالية. وهذا سوف يقلل من استهلاك الطاقة بمقدار النصف. كما تعلمون، حصل المبدعون من LED على جائزة نوبل.

ومن المثير للاهتمام أنه في السنوات الأخيرة كانت هناك زيادة حادة في دور الصين في تطوير الضوئيات. لقد جعل هذا الاتجاه أحد أولويات سياسة الدولة في مجال العلوم والتكنولوجيا. وتقوم الصين بتطوير الضوئيات بمعدل 25 في المائة سنويا؛ وفي 15 عاما، تم إنشاء 5000 شركة في هذه الصناعة. واليوم ينتج الصينيون ضوئيات أكثر من الاتحاد الأوروبي بأكمله. تستخدم الولايات المتحدة الأمريكية والصين والاتحاد الأوروبي بنشاط التأثير الحكومي في تطوير الضوئيات.

اقرأ النسخة الكاملة للمقال في العدد الجديد من مجلة Rare Earths.

وزارة الاتصالات في الاتحاد الروسي
المؤسسة التعليمية الحكومية للتعليم العالي
التعليم المهني
"جامعة ولاية فولغا للاتصالات"
الكاتيون وعلوم الكمبيوتر"	غلوشينكو إيه جي، جوكوف إس في.
_________________________________	أساسيات الضوئيات. ملاحظات المحاضرة. – سمارة: جوفبو
	بجوتي، 2009. – 100 ص.
قسم الفيزياء
	(ملخص الانضباط).
اي جي. غلوشينكو ، إس.في. جوكوف
ملاحظات المحاضرة
حسب الانضباط الأكاديمي	المراجع:
	بيتروف ب. – دكتوراه أستاذ مشارك أستاذ مشارك في القسم “………..
أساسيات الضوئيات	» جوفبو بجوتي
مجال الدراسة: الضوئيات والمعلوماتية الضوئية ()

سمارة – 2009

	اسم
	قسم الانضباط
	مصادر المستمر	المصادر الحرارية والغاز
	ومواصفات الخط	مصابيح التفريغ، LED
		قصائد، شرارة الليزر؛
		الأنواع الرئيسية من الليزر
		(الحالة الصلبة، الغاز،
		الأيونية، وأشباه الموصلات
		عالية ومستمرة وIM-
	مصادر الكوج-	نبض، مع التعديل
	الإشعاع المستأجر	ترددات وأطوال الإشعاع
		نشاط النبض) الجينات
		nerators التوافقي، SRS و
		محولات اس بي اس,
		المولدات الطيفية
		الاستمرارية الفائقة؛
		الكاثودات الضوئية والمضاعفات الضوئية، شبه
	مستقبلات الإشعاع	أجهزة استقبال الأسلاك,
		حصيرة حساسة للضوء-
		الطقوس، microbolometers.
		الكهربائية الضوئية والصوتية
		الضوء البصري
	أجهزة التحكم	الصمامات السائلة
	التوصيف	بلوري وشبه
	العصي متماسكة	ناقل الموصل
	نيويورك الحزم:	الكدمات والأجهزة القائمة على
		الوسائط الانكسارية الضوئية,
		عوازل فاراداي؛
		شعاع الالكترون و
		الكريستال السائل
	أجهزة العرض	يعرض، أجهزة عرض الليزر
	معلومة:	أنظمة هولو
		يعرض الرسوم البيانية، سي
		أنظمة تشكيل الحجم

	اسم
	قسم الانضباط
		الكثير من الصورة؛
		مبادئ إنشاء مايكرو
		الكهروميكانيكية
	الميكانيكا الكهروميكانيكية الدقيقة-	الأجهزة والطباعة الحجرية
		Fiya، الضوئية الدقيقة
	التصميم الفني	العناصر الكهروميكانيكية
		رجال الشرطة، واستخدام مايكرو
		الكهروميكانيكية
		الأجهزة؛
		مكونات الألياف
	أجهزة التحكم	الخطوط الضوئية، الوحدة النمطية-
		توري، معددات و
	ضوء لينيا في المرجع
		مزيلات تعدد الإرسال والعوازل
	شعر	تورس، موصلات، موزعين
	أدلة ضوء الحصان:
		تركيز السائقين
		عناصر؛
		عازل مستو
	أجهزة التحكم	أدلة موجية، غير خطية
		محولات الإشعاع
	ضوء لينيا في-	موجات القناة
	البصريات المتكاملة:	نعم، عناصر الإدخال/الإخراج
		إشعاع؛
		الدوائر الضوئية، الضوئية
	أجهزة التحكم	الترانزستور الكالي، مايكرو
	تسليط الضوء على	رقاقة، الحدود البصرية
	على أساس الضوئية	القراء الضوئية
	بلورات:	ألياف الكريستال

مقدمة

الضوئيات هو العلم الذي يدرس أشكال مختلفة من الإشعاع التي يتم إنشاؤها بواسطة جزيئات الضوء، أي الفوتونات.

تعريفات المصطلح

ومن المثير للاهتمام أنه لا يوجد تعريف مقبول بشكل عام لمصطلح "الفوتونيات".

الضوئيات هو علم توليد الفوتونات والتحكم فيها والكشف عنها، خاصة في الطيف المرئي والقريب من الأشعة تحت الحمراء، وانتشارها في الأشعة فوق البنفسجية (الطول الموجي 10-380 نانومتر)، والأشعة تحت الحمراء طويلة الموجة (الطول الموجي 15-150 ميكرومتر) والأشعة فوق البنفسجية. أجزاء الأشعة تحت الحمراء من الطيف (على سبيل المثال، 2-4 هرتز يتوافق مع الطول الموجي 75-150 ميكرون)، حيث يتم تطوير الليزر المتتالي الكمي بنشاط اليوم.

يمكن أيضًا وصف الضوئيات بأنها مجال من مجالات الفيزياء والتكنولوجيا يهتم بانبعاث الفوتونات واكتشافها وسلوكها وعواقب وجودها وتدميرها. وهذا يعني أن الضوئيات تتعامل مع التحكم في الإشارات الضوئية وتحويلها ولها نطاق واسع من التطبيقات: من نقل المعلومات عبر الألياف الضوئية إلى إنشاء أجهزة استشعار جديدة تعمل على تعديل الإشارات الضوئية وفقًا لأدنى التغيرات في البيئة.

تشير بعض المصادر إلى أن مصطلح "البصريات" يتم استبداله تدريجياً باسم عام جديد - "الضوئيات".

تغطي الضوئيات مجموعة واسعة من الأجهزة البصرية والكهربائية الضوئية والإلكترونية الضوئية وتطبيقاتها المتنوعة. تشمل المجالات الأساسية لأبحاث الضوئيات الألياف والبصريات المتكاملة، بما في ذلك البصريات غير الخطية، وفيزياء وتكنولوجيا أشباه الموصلات، وأشعة ليزر أشباه الموصلات، والأجهزة الإلكترونية الضوئية، والأجهزة الإلكترونية عالية السرعة.

اتجاهات متعددة التخصصات

بفضل النشاط العلمي والتقني العالمي العالي والطلب الكبير على النتائج الجديدة

تظهر اتجاهات جديدة متعددة التخصصات في مجال الضوئيات:

تدرس الضوئيات الميكروويفية التفاعل بين الإشارة الضوئية والإشارة الكهربائية عالية التردد (أكبر من 1 جيجا هرتز). يتضمن هذا المجال أساسيات بصريات الموجات الدقيقة، وتشغيل الموجات الدقيقة للأجهزة الضوئية، والتحكم الضوئي في أجهزة الموجات الدقيقة، وخطوط النقل عالية التردد، واستخدام الضوئيات لأداء وظائف مختلفة في دوائر الموجات الدقيقة.

تجمع الضوئيات الحاسوبية بين البصريات الفيزيائية والكمية الحديثة والرياضيات وتقنيات الكمبيوتر وهي في مرحلة التطور النشط عندما يصبح من الممكن تنفيذ أفكار وأساليب وتقنيات جديدة.

المعلوماتية الضوئية هي مجال من مجالات العلوم والتكنولوجيا المرتبطة بالبحث وإنشاء وتشغيل مواد وتقنيات وأجهزة جديدة لنقل واستقبال ومعالجة وتخزين وعرض المعلومات القائمة على التقنيات البصرية.

العلاقة بين الضوئيات ومجالات العلوم الأخرى

البصريات الكلاسيكية. ترتبط الضوئيات ارتباطًا وثيقًا بالبصريات. ومع ذلك، فقد سبقت البصريات اكتشاف تكميم الضوء (عندما تم شرح التأثير الكهروضوئي بواسطة ألبرت أينشتاين في عام 1905). أدوات البصريات هي العدسة الانكسارية، والمرآة العاكسة، والتجمعات البصرية المختلفة، والتي كانت معروفة قبل وقت طويل من عام 1900. وفي هذه الحالة، فإن المبادئ الأساسية للبصريات الكلاسيكية، مثل قاعدة هيغنز، ومعادلات ماكسويل، ومحاذاة الضوء لا تعتمد الموجات على الخصائص الكمومية للضوء، وتستخدم في البصريات والضوئيات.

البصريات الحديثة مصطلح "الضوئيات" في هذا المجال مرادف تقريبًا لمصطلحات "البصريات الكمومية"، و"الإلكترونيات الكمومية"، و"البصريات الكهربائية"، و"الإلكترونيات الضوئية". ومع ذلك، يتم استخدام كل مصطلح من قبل مجتمعات علمية مختلفة مع معاني إضافية مختلفة: على سبيل المثال، يشير مصطلح "البصريات الكمومية" غالبًا إلى البحث الأساسي، في حين يشير مصطلح "الفوتونيات" غالبًا إلى البحث التطبيقي.

يشير مصطلح "الضوئيات" في مجال البصريات الحديثة في أغلب الأحيان إلى:

الخصائص الخاصة للضوء إمكانية إنشاء تقنيات المعالجة الضوئية

إشارات تشبيه لمصطلح "الإلكترونيات".

تاريخ الضوئيات

بدأ علم الضوئيات كمجال علمي في عام 1960 مع اختراع الليزر، وكذلك اختراع الصمام الثنائي الليزري في السبعينيات، وتلاه تطوير أنظمة اتصالات الألياف الضوئية كوسيلة لنقل المعلومات باستخدام التقنيات المعتمدة على الضوء. شكلت هذه الاختراعات الأساس لثورة الاتصالات في نهاية القرن العشرين وساعدت في تطوير الإنترنت.

تاريخيًا، ارتبطت بداية استخدام مصطلح "الضوئيات" في المجتمع العلمي بنشر كتاب الأكاديمي أ. ن. تيرينين في عام 1967 بعنوان "ضوئيات جزيئات الصبغة". قبل ثلاث سنوات، بمبادرة منه، تم إنشاء قسم الفيزياء الجزيئية الحيوية والفوتون في كلية الفيزياء بجامعة ولاية لينينغراد، والتي تسمى منذ عام 1970 قسم الضوئيات.

عرّف إيه إن تيرينين الضوئيات بأنها "مجموعة من العمليات الفيزيائية الضوئية والكيميائية الضوئية المترابطة". في العلوم العالمية، انتشر تعريف لاحق وأوسع للضوئيات، كفرع من العلوم يدرس الأنظمة التي تكون فيها الفوتونات حاملة للمعلومات. وبهذا المعنى، تم سماع مصطلح "الضوئيات" لأول مرة في المؤتمر الدولي التاسع للتصوير السريع.

بدأ استخدام مصطلح "الفوتونيات" على نطاق واسع في الثمانينيات فيما يتعلق بالاستخدام الواسع النطاق لنقل البيانات الإلكترونية عبر الألياف الضوئية من قبل مزودي شبكات الاتصالات (على الرغم من استخدام الألياف الضوئية بشكل محدود في وقت سابق). تم تأكيد استخدام المصطلح عندما قام مجتمع IEEE بتثبيت تقرير مؤرشف

مع عنوان "رسائل تكنولوجيا الضوئيات" في النهايةالثمانينيات

في خلال هذه الفترة وحتى عام 2001 تقريبًا، كان علم الضوئيات مجالًا علميًا يركز بشكل كبير على الاتصالات. منذ عام 2001 هذا المصطلح

تغطي الضوئيات أيضًا مساحة كبيرة من العلوم والتكنولوجيا، بما في ذلك:

تصنيع الليزر، والأبحاث البيولوجية والكيميائية، والتشخيص الطبي والعلاج، وتكنولوجيا العرض والإسقاط، والحوسبة البصرية.

المعلوماتية الضوئية

المعلوماتية الضوئية هي مجال من مجالات الضوئيات يتم فيه إنشاء تقنيات جديدة لنقل واستقبال ومعالجة وتخزين وعرض المعلومات بناءً على الفوتونات. في الأساس، لا يمكن تصور الإنترنت الحديث بدون المعلوماتية الضوئية.

تشمل الأمثلة الواعدة لأنظمة المعلوماتية الضوئية ما يلي:

أنظمة اتصالات بصرية ذات معدلات نقل بيانات تصل إلى 40 تيرابايت في الثانية عبر قناة واحدة؛

أجهزة تخزين بصرية ثلاثية الأبعاد ذات سعة عالية تصل إلى 1.5 تيرابايت لكل قرص ذي أحجام قياسية؛

أجهزة كمبيوتر متعددة المعالجات مع اتصال بين المعالجات الضوئية؛

جهاز كمبيوتر بصري يتم فيه التحكم في الضوء عن طريق الضوء. يمكن أن يكون الحد الأقصى لتردد الساعة لمثل هذا الكمبيوتر 1012-1014 هرتز، وهو أعلى بمقدار 3-5 أوامر من نظائرها الإلكترونية الموجودة؛

البلورات الضوئية هي بلورات اصطناعية جديدة ذات تشتت هائل وتسجل خسائر بصرية منخفضة (0.001 ديسيبل / كم).

المحاضرة الأولى الموضوع 1. تاريخ الضوئيات. مشكلة

نحن أجهزة كمبيوتر إلكترونية.

القسم 1.1. تاريخ الضوئيات.

إن استخدام الضوء لنقل المعلومات له تاريخ طويل. استخدم البحارة مصابيح الإشارة لنقل المعلومات باستخدام شفرة مورس، وحذرت المنارات البحارة من الخطر لعدة قرون.

قام Cloud Chappe ببناء تلغراف بصري في فرنسا في تسعينيات القرن التاسع عشر. كان رجال الإشارة موجودين على الأبراج الواقعة من باريس إلى ليل على طول سلسلة يبلغ طولها 230 كم. تم نقل الرسائل من طرف إلى آخر خلال 15 دقيقة. في الولايات المتحدة، ربط التلغراف البصري بوسطن بجزيرة مارثا فينيارد، الواقعة بالقرب من المدينة. تم استبدال كل هذه الأنظمة في النهاية بالتلغراف الكهربائي.

أظهر الفيزيائي الإنجليزي جون تيندال عام 1870 إمكانية التحكم في الضوء بناءً على الانعكاسات الداخلية. في اجتماع للجمعية الملكية، تبين أن الضوء المنتشر في تيار من الماء النقي يمكن أن ينحني في أي زاوية. في التجربة، تدفقت المياه فوق القاع الأفقي لأحد الخنادق وسقطت على طول مسار مكافئ إلى خندق آخر. ويدخل الضوء إلى مجرى الماء من خلال نافذة شفافة في أسفل الخندق الأول. عندما قام تيندال بتوجيه الضوء بشكل عرضي إلى الطائرة، تمكن الجمهور من ملاحظة انتشار الضوء بشكل متعرج داخل الجزء المنحني من الطائرة. توزيع متعرج مماثل

يحدث انتشار الضوء أيضًا في الألياف الضوئية.

وبعد مرور عقد من الزمان، حصل ألكسندر جراهام بيل على براءة اختراع للهاتف الضوئي (الشكل)، والذي فيه اتجاهي

وباستخدام نظام العدسات والمرايا، تم توجيه الضوء إلى مرآة مسطحة مثبتة على بوق. وتحت تأثير الصوت، تأرجحت المرآة، مما أدى إلى تعديل الضوء المنعكس. استخدم جهاز الاستقبال كاشفًا يعتمد على السيلينيوم، وتختلف مقاومته الكهربائية وفقًا لشدة الضوء الساقط. أدى سقوط ضوء الشمس المعدل بالصوت على عينة من السيلينيوم إلى تغيير التيار المتدفق عبر دائرة الاستقبال وإنتاج الصوت. جعل هذا الجهاز من الممكن إرسال إشارة الكلام على مسافة تزيد عن 200 متر.

في في بداية القرن العشرين، تم إجراء دراسات نظرية وتجريبية للأدلة الموجية العازلة، بما في ذلك القضبان الزجاجية المرنة.

في الخمسينيات من القرن الماضي، تم تطوير الألياف المصممة لنقل الصور من قبل بريان أوبراين، الذي عمل في الشركة الأمريكية للبصريات، وناريندر كاباني وزملائه في الكلية الإمبراطورية للعلوم والتكنولوجيا في لندن. وقد وجدت هذه الألياف تطبيقًا في أدلة الضوء المستخدمة في طب للمراقبة البصرية للأعضاء الداخلية للإنسان، وكان الدكتور كاباني أول من طور الألياف الزجاجية في غلاف زجاجي وصاغ مصطلح "الألياف الضوئية" في عام 1956. وفي عام 1973، أسس الدكتور كاباني شركة كابترون، وهي شركة متخصصة في مقسمات الألياف الضوئية والمفاتيح.

في في عام 1957، صاغ جوردون جولد، وهو خريج جامعة كولومبيا، مبادئ الليزر كمصدر مكثف للضوء. ساعد العمل النظري لتشارلز تاونز مع آرثر شاولو في مختبرات بيل على تعميم فكرة الليزر في الأوساط العلمية وأثار انفجارًا في الأبحاث التجريبية التي تهدف إلى إنشاء ليزر فعال. في عام 1960، ابتكر ثيودور مايمان في مختبرات هيوز أول ليزر ياقوتي في العالم. وفي نفس العام، أظهر تاونز عملهليزر الهيليوم النيون. وفي عام 1962، تم الحصول على توليد الليزر على بلورة أشباه الموصلات. هذا هو نوع الليزر المستخدم في الألياف الضوئية. الذهب، مع تأخير كبير، تمكن فقط في عام 1988 من الحصول على أربعة

براءات اختراع جديدة بناءً على نتائج العمل الذي قام به في الخمسينيات	أدخلت البحرية الأمريكية الألياف
سنوات ومكرسة لمبدأ تشغيل الليزر.	الرابط البصري على متن السفينة يو إس إس ليتل روك في عام 1973. في
استخدام إشعاع الليزر كحامل للمعلومات	1976، كجزء من برنامج ALOFT للقوات الجوية
ولم يتم تجاهل التواصل من قبل متخصصي الاتصالات	استبدال معدات الكابلات للطائرة A-7 بالألياف
تعريف. إمكانيات إشعاع الليزر لنقل المعلومات	بصري وفي الوقت نفسه، يتكون نظام الكابلات من 302 كابل نحاسي
التكوينات أكبر بـ 10000 مرة من قدرات الترددات الراديوية	ليو، الذي يبلغ طوله الإجمالي 1260 مترًا ووزنه 40
الإشعاع. على الرغم من هذا، فإن إشعاع الليزر ليس تماما	كجم، وتم استبدالها بـ 12 ليفًا بطول إجمالي 76 مترًا ووزن 1.7
مناسبة لنقل الإشارات في الهواء الطلق. للعمل	كلغ. وكان الجيش أيضًا أول من أدخل الألياف
يتأثر هذا النوع من الخطوط بشكل كبير بالضباب والضباب الدخاني والأمطار،	الخط البصري. في عام 1977، تم إطلاق نظام بطول 2 كم
وكذلك حالة الغلاف الجوي. أكثر بكثير من مجرد شعاع ليزر	سرعة نقل المعلومات 20 ميجابايت/ثانية (ميجابت في الثانية)
فمن الأسهل التغلب على المسافة بين الأرض والقمر مقارنة بينهما	du) لربط المحطة الأرضية الفضائية بالمركز
من الحدود المقابلة لمانهاتن. هكذا،	إدارة.
في الأصل كان الليزر عبارة عن وسيلة اتصال	في عام 1977، أنشأت AT&T وGTE شركات تجارية
مصدر ضوء لا يحتوي على وسيلة نقل مناسبة.	أنظمة الهاتف التقليدية القائمة على الألياف الضوئية.
في عام 1966، تشارلز كاو وتشارلز هوكهام، الذين عملوا في	تجاوزت هذه الأنظمة تلك التي تعتبر في خصائصها.
مختبر معايير الاتصالات الإنجليزية،	معايير الأداء التي كانت لا تتزعزع في السابق، مما أدى إلى
	أدى إلى انتشارها السريع في أواخر السبعينات وأوائل الثمانينات
استخدامها كوسيلة نقل عند تحقيق الشفافية،	سنين. في عام 1980، أعلنت شركة AT&T عن مشروع طموح لأسلاك الشعر.
توفير التوهين (يحدد خسائر الإرسال	نظام بصري للحصان يربط بوسطن و
إشارة) أقل من 20 ديسيبل/كم (ديسيبل لكل كيلومتر). جاؤوا ل	ريتشموند. لقد أثبت تنفيذ المشروع السرعة بشكل مباشر
الاستنتاج أن ارتفاع مستوى التوهين الكامنة في الأول	صفات نمو التكنولوجيا الجديدة في المسلسل عالي السرعة
الألياف (حوالي 1000 ديسيبل/كم)، المرتبطة بتلك الموجودة في الزجاج	الأنظمة، وليس فقط في الاجهزة التجريبية. بواسطة-
الشوائب. طريقة خلق مناسبة لهؤلاء	بعد ذلك أصبح من الواضح أنه في المستقبل يجب التركيز على الشعر.
اتصالات الألياف المرتبطة بانخفاض المستوى	تكنولوجيا الحصان البصرية، والتي أظهرت إمكانية استخدام الحافلات
الشوائب في الزجاج.	تطبيق عملي واسع.
في عام 1970، روبرت ماورير وزملاؤه من	مع تطور التكنولوجيا، فإنها تتوسع بنفس السرعة
حصلت شركة Corning Glass Works على أول ألياف مع توهين -	نما الأيائل والإنتاج بشكل أقوى. بالفعل في عام 1983، واحد
هو 20 ديسيبل / كم. بحلول عام 1972، تم تحقيقه في الظروف المختبرية	كابل الألياف الضوئية مشروط، ولكن استخدامه العملي
كان المستوى 4 ديسيبل / كم، وهو ما يتوافق مع معيار كاو و	وارتبط استخدام مع العديد من المشاكل، لذلك
هوكهام. حاليا، أفضل الألياف لديها مستوى	لسنوات عديدة لاستخدام هذه الكابلات بشكل كامل
خسائر قدرها 0.2 ديسيبل / كم.	نجحت فقط في بعض التطورات المتخصصة.
لم يتم تحقيق نجاح أقل أهمية في مجال شبه	بحلول عام 1985، أصبحت منظمات نقل البيانات الرئيسية
المصادر الموصلة والكاشفات والموصلات والتقنيات	لمسافات طويلة، AT&T ومنطقة موسكو لم تنفذ فقط
تكنولوجيا النقل ونظرية الاتصالات وغيرها ذات الصلة	ما إذا كانت الأنظمة البصرية أحادية الوضع، ولكنها وافقت عليها أيضًا
مناطق الألياف الضوئية. كل هذا مع الاهتمام الكبير	معيار للمشاريع المستقبلية
سوم للاستفادة من المزايا الواضحة للألياف الضوئية	على الرغم من أن صناعة الكمبيوتر والتكنولوجيا
تسببت التشنجات اللاإرادية بشكل كبير	تكنولوجيا شبكات الكمبيوتر وإدارة الإنتاج ليست كذلك
التقدم نحو إنشاء أنظمة الألياف الضوئية.	بسرعة، مثل شركات الجيش والاتصالات، أخذت

تم إدخال الألياف الضوئية في الخدمة، ولكن في هذه المجالات، تم أيضًا إجراء أعمال تجريبية في مجال البحث وتنفيذ التكنولوجيا الجديدة. إن ظهور عصر المعلومات والحاجة الناتجة إلى أنظمة اتصالات أكثر إنتاجية قد حفزت على مواصلة تطوير تكنولوجيا الألياف الضوئية. واليوم، تُستخدم هذه التكنولوجيا على نطاق واسع خارج مجال الاتصالات.

على سبيل المثال، أعلنت شركة IBM، وهي شركة رائدة في تصنيع أجهزة الكمبيوتر، في عام 1990 عن إطلاق جهاز كمبيوتر جديد عالي السرعة يستخدم وحدة تحكم في وصلة الاتصال مع أقراص خارجية ومحركات أشرطة تعتمد على الألياف الضوئية. كان هذا أول استخدام للألياف الضوئية في المعدات ذات الإنتاج الضخم. إن إدخال وحدة تحكم الألياف، والتي تسمى ESCON، جعل من الممكن نقل المعلومات بسرعات أعلى وعلى مسافات أطول. كان لنموذج وحدة التحكم النحاسية السابق معدل نقل بيانات يبلغ 4.5 ميجابت في الثانية مع حد أقصى لطول خط النقل يبلغ 400 قدم. تعمل وحدة التحكم الجديدة بسرعة 10 ميجابت في الثانية على مسافات عدة أميال.

في عام 1990، أثبت لين مولينار القدرة على إرسال إشارة دون تجديد بسرعة 2.5 جيجابايت/ثانية على مسافة حوالي 7500 كيلومتر. عادةً، تحتاج إشارة الألياف الضوئية إلى تضخيمها وإعادة تشكيلها بشكل دوري - كل 25 كم تقريبًا. أثناء الإرسال، تفقد إشارة الألياف الضوئية قوتها وتصبح مشوهة. في نظام مولينارد، يعمل الليزر في وضع سوليتون ويستخدم أليافًا ذاتية التضخيم مع إضافات الإربيوم. لا تتبدد نبضات Soliton (نطاق ضيق جدًا) وتحتفظ بشكلها الأصلي أثناء انتقالها عبر الألياف. وفي الوقت نفسه، حققت شركة Nippon Telephone & Telegraph اليابانية سرعة قدرها 20 جيجابت/ثانية، على الرغم من أنها مسافة أقصر بكثير. تكمن قيمة تقنية سوليتون في الإمكانية الأساسية لوضع نظام هاتفي من الألياف الضوئية على طول قاع المحيط الهادئ أو المحيط الأطلسي، وهو ما لا يتطلب تركيب مكبرات صوت وسيطة. ومع ذلك، مع

منذ عام 1992، ظلت تكنولوجيا سوليتون على مستوى العروض المعملية ولم تجد تطبيقًا تجاريًا بعد.

عصر المعلومات الرابع هو العمليات المرتبطة بمعالجة المعلومات

التشكيل المعتمد على استخدام الإلكترونيات: 1.Sbrr

2. التخزين

3. المعالجة والتحليل

4. النقل

ولتنفيذ هذه العمليات، يتم استخدام معدات حديثة إلى حد ما: أجهزة الكمبيوتر، والمكاتب الإلكترونية، وشبكات الهاتف واسعة النطاق، والأقمار الصناعية، والتلفزيون، وما إلى ذلك. إذا نظرت حولك، يمكنك أن تجد الكثير من الأدلة على قدوم حقبة جديدة. وتبلغ الزيادة السنوية في الخدمات في صناعة المعلومات الآن حوالي 15%.

وفيما يلي الحقائق التي تثبت أهميتها

و آفاق الإلكترونيات في الحياة الحديثة.

في في الولايات المتحدة عام 1988 كان هناك 165 مليون هاتف، بينما في الولايات المتحدةفي عام 1950 كان هناك 39 مليون فقط. بالإضافة إلى ذلك، أصبحت الخدمات التي تقدمها شركات الهاتف أكثر تنوعًا.

من عام 1950 إلى عام 1981، زادت أطوال أسلاك نظام الهاتف من 147 مليون ميل إلى 1.1 مليار.

في في عام 1990، كان إجمالي طول الألياف الضوئية في أنظمة الهاتف الأمريكية حوالي 5 ملايين ميل. وبحلول عام 2000 سيرتفع إلى 15 مليون ميل. وفي هذه الحالة تتوافق إمكانيات كل ليف مع إمكانيات العديد من الكابلات النحاسية.

في في عام 1989، تم بيع حوالي 10 ملايين جهاز كمبيوتر شخصي في الولايات المتحدة. في عام 1976، لم تكن هناك أجهزة كمبيوتر شخصية على الإطلاق. الآن يعد هذا عنصرًا شائعًا من المعدات في أي مكتب أو إنتاج صناعي.

في حاليًا، في الولايات المتحدة، يتوفر الوصول إلى الآلاف من قواعد بيانات الكمبيوتر من خلال جهاز كمبيوتر شخصي وشبكة هاتف عادية.

أصبحت رسائل الفاكس (الفاكس) هي المهيمنة في المراسلات التجارية.

أول نظام هاتفي من الألياف الضوئية	الاتصالات السلكية واللاسلكية وأجهزة الكمبيوتر
جعل الكابل الذي تم تركيبه عام 1977 من الممكن نقل المعلومات	حتى وقت قريب، كان هناك تمييز واضح بين
التشكيل بسرعة 44.7 ميجا بايت/ثانية والتفاوض	الفرق بين ما كان جزءًا من نظام الهاتف و
في وقت واحد على 672 قناة. اليوم نظام سونيت هو	تلك المتعلقة بنظام الكمبيوتر. على سبيل المثال، التلفزيون
وهو نظام قياسي في الاتصالات الهاتفية الضوئية، يسمح بذلك	تم منع الشركات الخلفية من المشاركة في سوق الكمبيوتر
نقل المعلومات بسرعة قصوى تبلغ 10 جيجابت/ثانية،	تكنولوجيا الشوكة. واليوم لا يزال الحظر ساريًا رسميًا،
وهو ما يقرب من 200 مرة أكبر من قدرات البصرية الأولى	ولكن تأثيره يضعف بشكل ملحوظ. أجهزة الكمبيوتر
نظام شيسي. الإنجاز والتوحيد المتوقع	يمكن الآن نقل البيانات عبر خطوط الهاتف، وتلك
سرعات أعلى بكثير، وهي غير متوفرة بعد
لنا على المكونات الإلكترونية الحديثة.	الكمبيوتر) إشارة قبل الإرسال. الهاتف والاتصال-
جميع الأمثلة المذكورة أعلاه تنطوي على استخدام	تتنافس شركات الكمبيوتر بشكل متزايد في سوق المعلومات.
مصادر المعلومات ووسائل الجمع بينها. تحت المعلومات	تقنيات التزاوج.
هنا يمكن فهمه على أنه محتوى محادثة هاتفية	والأسباب التي أدت إلى إضعاف هذا الحظر هي:
لص مع صديق، أو أي مشروع. وسائل نقل المعلومات	واضح. إن تطور التكنولوجيا الإلكترونية يعني الوثيق
تعتبر عمليات النقل من مكان إلى آخر مهمة من حيث الحيازة	تفاعل اتجاهاتها المختلفة. الفرق بين
الحجم الكامل للمعلومات في أي مكان في البلاد. مثل	لقد ضعفت تكنولوجيا الكمبيوتر والهاتف بشكل أكبر
يمكن إعطاء مثال على نقل المعلومات كتلفزيون	عام 1982 بعد انهيار شركة AT&T، أكبر شركة
محادثة في الخلفية مع المشترك في الطرف الآخر	أجزاء على نطاق عالمي. أصبحت شبكة المعلومات
البلدان، والمحادثة بين المكاتب المجاورة، منفصلة	نظام واحد. لقد أصبح من الصعب الآن بشكل متزايد تحديد السبب
بضعة أبواب. شركات الهاتف تستخدم بشكل متزايد	شركات الهاتف هي المسؤولة عن جزء من الشبكة، أي جزء من الشبكة
استخدام نفس التقنيات الرقمية للإرسال	ينتمي إلى شركات الكمبيوتر، والتي تقع في
	ممتلكات صاحب المنزل.
بالتأكيد، ولكن من وجهة نظر التقنيات الرقمية لنقل المعلومات	تطوير شبكة الكابل في الولايات المتحدة، إلى جانب إدراجها
	نقل بيانات الكمبيوتر إلى نطاق الخدمات المقدمة
	وشركات الهاتف خير دليل
نبضات أو أرقام رقمية، ونوعها يتوافق تمامًا	الفوائد المرتبطة بقدوم عصر المعلومات.
يتوافق مع بيانات الكمبيوتر. هذا النوع من التحول	في السابق، كانت شركات الهاتف توفر اتصالات ثنائية الاتجاه
تتيح الإشارة الصوتية الرقمية لشركات الهاتف	بين المشتركين، يُطلق عليها POTS (خدمة الهاتف القديم البسيط)
نقل المحادثة بشكل أفضل مع تشويه أقل. على الأغلب	الرذائل - خدمات الهاتف القديمة العادية). حالياً
تستخدم معظم أنظمة الهاتف الجديدة الرقمية	وظهرت العديد من الخدمات الأخرى مثل التلقائية
تكنولوجيا. في عام 1984، حوالي 34% من خطوط الهاتف المركزية	الاتصال الهاتفي الصيني، جهاز الرد الآلي، وما إلى ذلك. (تسمى هذه الخدمات PANS
تستخدم المحطات معدات الإرسال الرقمي. ل	خدمات جديدة مذهلة جدًا - ببساطة مذهلة جديدة
وفي عام 1994 ارتفعت هذه القيمة إلى 82%. الألياف البصرية	خدمات). تركز شركات الهاتف على إنشاء خدمات متكاملة
مريحة بشكل استثنائي للاتصالات الرقمية. بواسطة-	الشبكة الرقمية للخدمات المتكاملة،
زيادة الطلب على الكفاءة والموثوقية والسرعة و	ISDN)، مخصص للإرسال عبر شبكة الهاتف الخاصة بالدولة
يتم ضمان نقل البيانات الاقتصادية من خلال الخصائص	لوس والبيانات والصور الفيديو. يتم تمثيل الشبكات من هذا النوع
كامي من أنظمة الألياف الضوئية.	جعل من الممكن نقل أي نوع من المعلومات إلى
	في أي مكان وزمان.

بديل الألياف البصرية

تتطلب الشبكة العالمية التي تمت مناقشتها في هذا الفصل وسيلة فعالة لنقل المعلومات. التقنيات التقليدية التي تعتمد على استخدام الكابلات النحاسية أو الإرسال بالموجات الدقيقة لها عيوب وهي أدنى بكثير من حيث الأداء من الألياف الضوئية. على سبيل المثال، تتمتع الكابلات النحاسية بسرعة نقل محدودة وتكون عرضة للمجالات الخارجية. على الرغم من أن نقل الميكروويف يمكن أن يوفر سرعة عالية إلى حد ما لنقل المعلومات، إلا أنه يتطلب استخدام معدات باهظة الثمن ويقتصر على خط الرؤية. يمكن للألياف الضوئية نقل المعلومات بسرعات أعلى بكثير من الكابلات النحاسية، كما أنها أقل تكلفة بكثير وأقل تقييدًا من تكنولوجيا الموجات الدقيقة. لقد بدأت إمكانيات الألياف الضوئية تتحقق للتو. بالفعل، تتفوق خطوط الألياف الضوئية في خصائصها على نظيراتها المعتمدة على الكابلات النحاسية، ويجب الأخذ في الاعتبار أن القدرات التكنولوجية للكابلات النحاسية لديها إمكانات تطوير أقل من تكنولوجيا الألياف الضوئية التي بدأت في التطور. تعد الألياف الضوئية بأن تصبح جزءًا لا يتجزأ من ثورة المعلومات، وكذلك جزءًا من شبكة الكابلات العالمية.

ستؤثر الألياف الضوئية على حياة الجميع، دون أن يلاحظها أحد في بعض الأحيان. فيما يلي بعض الأمثلة على الدخول غير الملاحظ للألياف الضوئية إلى حياتنا:

الوصول إلى منزلك عبر الكابل؛ توصيل المعدات الإلكترونية في مكتبك بها

المعدات في المكاتب الأخرى؛ توصيل المكونات الإلكترونية في سيارتك؛

إدارة العمليات الصناعية.

تعتبر الألياف الضوئية تقنية جديدة بدأت للتو في تطويرها، ولكن تم بالفعل إثبات الحاجة إلى استخدامها كوسيلة نقل لمختلف التطبيقات.

ستعمل الأكواخ وخصائص الألياف الضوئية على توسيع نطاق تطبيقها بشكل كبير في المستقبل.

1.2. مشاكل الحاسبات الإلكترونية.

تم إصدار أول أجهزة كمبيوتر مركزية ذات ترانزستورات تم إنتاجها بكميات كبيرة في عام 1958 في وقت واحد في الولايات المتحدة الأمريكية وألمانيا واليابان. وفي الاتحاد السوفييتي، تم إنشاء أول آلات بدون مصابيح "سيتون" و"رزدان" و"رزدان 2" في الأعوام 1959-1961. في الستينيات، طور المصممون السوفييت حوالي 30 نموذجًا من أجهزة الكمبيوتر الترانزستور، بدأ إنتاج معظمها بكميات كبيرة. وأقوى هذه الصواريخ، مينسك 32، أجرت 65 ألف عملية في الثانية. ظهرت عائلات كاملة من المركبات: "أورال"، "مينسك"، "بيسم". كان حامل الرقم القياسي بين أجهزة الكمبيوتر من الجيل الثاني هو BESM 6، الذي بلغت سرعته حوالي مليون عملية في الثانية - وهي واحدة من أكثر الأجهزة إنتاجية في العالم.

تعود الأولوية في اختراع الدوائر المتكاملة، التي أصبحت القاعدة الأساسية لأجهزة الكمبيوتر من الجيل الثالث، إلى العلماء الأمريكيين د. كيلبي و ر. نويس، اللذين قاما بهذا الاكتشاف بشكل مستقل عن بعضهما البعض. بدأ الإنتاج الضخم للدوائر المتكاملة في عام 1962

العام، وفي عام 1964 بدأ الانتقال من العناصر المنفصلة إلى العناصر المتكاملة يحدث بسرعة. إن جهاز ENIAC المذكور أعلاه والذي يبلغ حجمه 9x15 مترًا في عام 1971 يمكن تجميعه على لوح مساحته 1.5 سم مربع. في عام 1964، أعلنت شركة IBM عن إنشاء ستة نماذج من عائلة IBM (نظام 360)، والتي أصبحت أول أجهزة كمبيوتر من الجيل الثالث. تحتوي النماذج على نظام قيادة واحد وتختلف عن بعضها البعض في مقدار ذاكرة الوصول العشوائي والأداء.

تمثل بداية السبعينيات الانتقال إلى أجهزة كمبيوتر الجيل الرابع - على دوائر متكاملة كبيرة جدًا

(فلسي). علامة أخرى على وجود جيل جديد من أجهزة الكمبيوتر هي التغيرات الجذرية في الهندسة المعمارية.

لقد ولدت تكنولوجيا الجيل الرابع عنصرًا حاسوبيًا جديدًا نوعيًا - معالج دقيق أو شريحة (من شريحة الكلمات الإنجليزية). وفي عام 1971، توصلوا إلى فكرة الحد من قدرات المعالج عن طريق إدخال مجموعة صغيرة من العمليات فيه، والتي يجب إدخال برامجها الدقيقة مسبقًا في الذاكرة الدائمة. أظهرت التقديرات أن استخدام ذاكرة للقراءة فقط بسعة 16 كيلوبت سيؤدي إلى التخلص من 100 إلى 200 دائرة متكاملة تقليدية. ومن هنا نشأت فكرة المعالج الدقيق، الذي يمكن تنفيذه حتى على شريحة واحدة، ويمكن تخزين البرنامج في ذاكرته إلى الأبد.

بحلول منتصف السبعينيات، بدأ الوضع في سوق الكمبيوتر يتغير بشكل كبير وغير متوقع. لقد ظهر بوضوح مفهومان لتطوير أجهزة الكمبيوتر. تم تجسيد المفهوم الأول في أجهزة الكمبيوتر العملاقة، والثاني في أجهزة الكمبيوتر الشخصية. ومن بين أجهزة الكمبيوتر الكبيرة من الجيل الرابع المعتمدة على دوائر متكاملة فائقة الضخامة، برزت الآلات الأمريكية “Krey-1” و”Krey-2”، وكذلك الطرازين السوفييتيين “Elbrus-1” و”Elbrus-2”. بشكل جيد بشكل خاص. ظهرت عيناتهم الأولى حولها

في نفس الوقت - في عام 1976. تنتمي جميعها إلى فئة أجهزة الكمبيوتر العملاقة، حيث تتمتع بخصائص يمكن تحقيقها للغاية في وقتها ومكلفة للغاية. وبحلول أوائل الثمانينات، انخفضت الإنتاجية الشخصية

وبلغت أجهزة الكمبيوتر مئات الآلاف من العمليات في الثانية، ووصل أداء أجهزة الكمبيوتر العملاقة إلى مئات الملايين من العمليات في الثانية، وتجاوز أسطول الكمبيوتر العالمي 100 مليون.

تم نشر مقالة جوردون مور الشهيرة الآن

"تجاوز عدد العناصر في الدوائر المتكاملة"

("حشر المزيد من المكونات في دوائر متكاملة")، حيث قدم مدير التطوير آنذاك في شركة Fairchild Semiconductors والمؤسس المشارك المستقبلي لشركة Intel Corporation توقعات لتطوير الإلكترونيات الدقيقة على مدى السنوات العشر القادمة، وتوقع أن عدد العناصر في وسوف تستمر رقائق الدوائر الإلكترونية في التضاعف كل عام. في وقت لاحق، في حديثه أمام الجمهور في الاجتماع الدولي للأجهزة الإلكترونية في عام 1975، أشار جودرون مور إلى أن عدد العناصر الموجودة على الرقائق قد تضاعف بالفعل كل عام خلال العقد الماضي، ولكن في المستقبل، مع زيادة تعقيد الرقائق، عدد العناصر وسوف تتضاعف الترانزستورات الموجودة على الرقائق كل عامين. وقد تحقق هذا التنبؤ الجديد أيضًا، ويستمر قانون مور على هذا الشكل (يتضاعف خلال عامين) حتى يومنا هذا، وهو ما يمكن رؤيته بوضوح من الجدول التالي (الشكل 1.4) والرسم البياني.

انطلاقا من أحدث القفزة التكنولوجية التي تمكنت شركة إنتل من تحقيقها خلال العام الماضي، حيث قامت بإعداد معالجات ثنائية النواة مع مضاعفة عدد الترانزستورات الموجودة على الشريحة، وفي حالة الانتقال من ماديسون إلى مونتيسيتو، مضاعفة هذا العدد أربع مرات، ثم قانون مور يعود، ولو لفترة قصيرة، إلى شكله الأصلي - مما يضاعف عدد العناصر الموجودة على الشريحة سنويًا. يمكن للمرء أن ينظر في النتيجة الطبيعية لقانون سرعة المعالجات الدقيقة، على الرغم من أن جوردون مور جادل مرارًا وتكرارًا بأن قانونه ينطبق فقط على عدد الترانزستورات الموجودة على الشريحة ويعكس

يبلغ حجم مبيعات منتجات الضوئيات المدنية المنتجة في روسيا مليار روبل. في السنة

حجم مبيعات منتجات الضوئيات المدنية المنتجة في الاتحاد الروسي (السوق المحلي/التصدير) (مليار روبل سنويًا)

بأمر من حكومة الاتحاد الروسي بتاريخ 24 يوليو 2013 رقم 1305-رتمت الموافقة على خطة العمل ("خارطة الطريق") "تطوير التقنيات الإلكترونية الضوئية (الضوئيات)".

بأمر من وزارة الصناعة والتجارة الروسية بتاريخ 27 أكتوبر 2016 رقم 3385تم إجراء تغييرات على تكوين مجموعة عمل الضوئيات لتنسيق الأنشطة لتطوير الصناعة في إطار البرامج الحكومية وبرامج التطوير المبتكر للشركات الحكومية. الشركات بمشاركة الدولة وبرامج منصة تكنولوجيا الضوئيات، المعتمدة بأمر من وزارة الصناعة والتجارة الروسية بتاريخ 29 نوفمبر 2013 رقم 1911

جمهورية موردوفيافي 18 فبراير 2008، تم تسجيل الشركة المساهمة "أنظمة الألياف الضوئية" (المشار إليها فيما يلي باسم JSC OVS). مستثمرو الشركة هم OJSC RUSNANO, LLC GPB - High Technologies, Republic of Mordovia.

الهدف الرئيسي لشركة JSC OVS هو تنفيذ مشروع إنشاء أول مصنع لإنتاج الألياف الضوئية في روسيا. يتم تنفيذ عملية بناء وإطلاق المصنع من قبل شركة JSC OVS بالشراكة مع شركة Rosendahl Nextrom (فنلندا). تقوم شركة Rosendahl Nextrom بتزويد المعدات للمشروع وتنقل تكنولوجيا الإنتاج، بما في ذلك براءات الاختراع والمعرفة، بالإضافة إلى التدريب والتدريب للموظفين.
وينص المشروع على الإنتاج الصناعي للاتصالات والألياف الضوئية التقنية، وإدخال أحدث الإنجازات في إنشاء الهياكل النانوية في الألياف الضوئية واستخدام تكنولوجيا النانو لتحسين خصائص الألياف. تعتبر الألياف الضوئية مادة خام رئيسية لإنتاج كابلات اتصالات الألياف الضوئية المستخدمة في بناء شبكات الاتصالات الضوئية الثابتة.
يتمتع مصنع JSC OVS، في تكوينه الحالي، بقدرة إنتاجية تبلغ 2.4 مليون كيلومتر من الألياف الضوئية سنويًا، مما سيوفر 40-50% من حاجة مصانع الكابلات الروسية للألياف الضوئية ويلبي 100% احتياجات مصانع الكابلات المحلية للألياف الضوئية لأغراض الإنتاج، يتم بيع منتجات الكابلات من خلال نظام المشتريات العامة. من الممكن زيادة الإنتاج إلى 4.5 مليون كيلومتر سنويًا (70-100% من حجم السوق الحالي) في نفس موقع الإنتاج من خلال تحديث معدات المعالجة.
إن تنظيم الإنتاج الضخم للألياف الضوئية لن يوفر فقط 14 مصنعًا روسيًا لإنتاج الكابلات الضوئية بمواد خام محلية، بل سينظم أيضًا تصدير الألياف إلى بلدان رابطة الدول المستقلة وخارجها.
تم افتتاح المصنع في 25 سبتمبر 2015. حضر حفل الإطلاق الرسمي نائب رئيس وزراء الاتحاد الروسي أركادي دفوركوفيتش ورئيس جمهورية موردوفيا فلاديمير فولكوف ورئيس مجلس إدارة روسنانو أناتولي تشوبايس.
حتى أكتوبر 2016، أجرى المصنع اختبارات وإصدار شهادات للألياف الضوئية، بما في ذلك مع شركة PJSC Rostelecom، التي أكدت جودة الألياف الضوئية المحلية. في 15 أكتوبر 2016، بدأ الإنتاج الصناعي لمنتجات JSC OVS.

منطقة كالوغا.في أوبنينسك، في إطار مشروع دولي (روسيا-ألمانيا)، تم إنشاء مركز إقليمي لابتكار وتكنولوجيا الليزر - مركز للاستخدام الجماعي (Kaluga LITC-TsKP). تتمثل مهمة المركز في تعزيز الترويج لتقنيات ومعدات الليزر في الصناعة في المنطقة. ولتحقيق ذلك، يقوم المركز بأنشطة استشارية، ويعرض معدات الليزر الحديثة، ويقوم بإجراء التعليم والتدريب للموظفين. يعد Kaluga LITC-TsKP جزءًا من هيكل الابتكار الإقليمي ويتمتع بدعم الحكومة الإقليمية في شكل إعانات مالية، فضلاً عن دعوات للمشاركة في الحملات التسويقية في شكل بعثات تجارية.

منطقة بيرم.حصل مشروع "إنشاء إنتاج عالي التقنية للدوائر المتكاملة الضوئية لصناعة أدوات الملاحة" (JSC "شركة بيرم للأبحاث والإنتاج لصناعة الأدوات")، بدعم من حكومة إقليم بيرم، على منحة من الوزارة التعليم والعلوم في روسيا في المبلغ 160 مليون روبل.

منطقة بيرم.أدرجت وزارة الصناعة والتجارة الروسية مشروع "إنشاء إنتاج كابلات ضوئية مدمجة في سلك أرضي" (Inkab LLC)، بدعم من حكومة إقليم بيرم، في قائمة المشاريع الاستثمارية الشاملة ذات الأولوية التي تتلقى إعانات للتعويض عن الفوائد المدفوعة على القروض المأخوذة من منظمات الائتمان الروسية، والمبلغ المقدر للإعانة قريب 100 مليون روبل.

منطقة بيرم.وفقا لنتائج المسابقة الإقليمية في إطار برنامج مؤسسة تعزيز الابتكار أومنيك، حصل العلماء الشباب من مجموعة الضوئيات، التي نظمها المكتب التمثيلي الإقليمي للمؤسسة بدعم من حكومة المجلس الشعبي في عام 2014، على منحتين يبلغ مجموعهما 800 ألف روبل.:

• "تطوير نظام قياس واتصالات الألياف الضوئية على متن الطائرة.
• "تطوير جيروسكوب بصري متكامل يعتمد على تأثير "وضع المعرض الهامس"؛

منطقة سمارة.يتم تطوير أهم الأبحاث والتطوير الأساسية والتطبيقية في هذا المجال في المجالات ذات الأولوية لتطوير تكنولوجيا الليزر:

• البحوث الأساسية في مجال تقنيات الليزر: SF IRE RAS، المعهد العلمي والتعليمي للبصريات والبيوفوتونيكس SSU الذي يحمل اسمه. ن.ج. تشيرنيشيفسكي، إن بي بي إنزهكت إل إل سي؛
• البحوث التطبيقية في مجال تقنيات الليزر: المعهد العلمي والتعليمي للبصريات والضوئيات الحيوية SSU الذي يحمل اسمه. ن.ج. Chernyshevsky، FSUE "NPP "Almaz"، شركة الأبحاث والإنتاج "Pribor-T" SSTU، CJSC "Kantegir"، JSC "TsNIIIIA"، NPF "Piezon"، معهد أبحاث إلكترونيات توليف الإشارات "Volga"، LLC NPP "Inzhekt" "، شركة ذات مسؤولية محدودة "تكنولوجيا الزجاج النانوي"، شركة ذات مسؤولية محدودة "Erbiy" وغيرها؛
• تطوير القاعدة المادية والتقنية والبنية التحتية لتقنيات الليزر: LLC NPP "Inzhekt"، NPF "Pribor-T" SSTU، JSC "Kantegir"؛
• التدريب في مجال تقنيات الليزر: المعهد العلمي والتعليمي للبصريات والضوئيات الحيوية SSU الذي يحمل اسمه. ن.ج. Chernyshevsky، NPF "Pribor-T" SSTU وغيرها.