Fotoniske optiske signalbehandlingsenheter. Fotonikk forelesningskurs fra

V. Leach:

God ettermiddag. Channel "Mediametrics", programmet "Cyber-med" og dens programleder Valeria Lich. I dag er gjesten vår Peter Zelenkov, kandidat for medisinske vitenskaper, sertifisert nevrokirurg og vinner av regjeringen i den russiske føderasjonen. God ettermiddag, Peter.

P. Zelenkov:

Hallo.

V. Leach:

I dag lovet du å fortelle oss om fotonikk for nevrokirurgi. Hva det er? Og hva er funksjonene og fordelene?

P. Zelenkov:

Takk for invitasjonen. Ja, dette er et tema som jeg har behandlet i mange år ved vårt senter for nevrokirurgi oppkalt etter akademiker N. N. Burdenko. Generelt, hva er fotonikk? Fotonikk er et kunnskapsfelt, en gren av fysikk, som bruker lys, det vil si fotoner av lys. Lys har blitt brukt i nevrokirurgi i ganske lang tid; dette er et av de første operasjonsområdene der belysningsenheter var nødvendig for å se de subtile strukturene i hjernen og ryggmargen, se dem bedre, forårsake mindre skade og utgjøre mindre risiko til pasienten. Følgelig kom fremskritt fra primitive hodelykter med lav effekt, som ble brukt på begynnelsen av 1900-tallet, til moderne, svært komplekse enheter, mikroskoper, som bruker en rettet lysstråle, veldig høy effekt, som lar deg se strukturer av hodet i dypet av svært trange rom hjerne, blodårer, tynne nerver og så videre.

Men det nåværende utviklingsstadiet angår selvfølgelig ikke bare belysning av strukturer, men bruken av lysfotoner slik at patologi og sunt vev kan skilles. Dette er et av de sentrale spørsmålene innen nevrokirurgi, siden mange hjernesvulster vokser på en slik måte at det ikke er noen grense mellom den friske hjernen og svulsten. Dette er en diffus sone der det blotte øye noen ganger ikke kan se hvor tumorcellene er og hvor de normale cellene er.

Lys har blitt brukt i nevrokirurgi i ganske lang tid; dette er et av de første operasjonsområdene der belysningsenheter var nødvendig for å se de subtile strukturene i hjernen og ryggmargen, se dem bedre, forårsake mindre skade og utgjøre mindre risiko til pasienten.

V. Leach:

Og hvordan da? Tross alt må svulsten fortsatt ofte fjernes?

P. Zelenkov:

Ja sikkert. Og her dukker alltid spørsmålet om radikalitet opp, det vil si at hvis du fjerner for lite, vil svulsten mest sannsynlig begynne å vokse videre, fjerner du for mye vil en viktig funksjon gå tapt. For det er praktisk talt ingen områder i hjernen som ikke er ansvarlige for en eller annen funksjon. Det er flere kritiske soner, mindre kritiske soner. Spørsmålet mellom radikal fjerning og bevaring av funksjon er imidlertid alltid svært viktig. Og her kom fotonikk til hjelp for nevrokirurgien.

Dette emnet begynte for ganske lenge siden, for omtrent 30 år siden, og har nå fått stor utvikling når de ved hjelp av metodene for fluorescens og spektroskopi ved bruk av lasere som du nevnte, kan skille, de kan evaluere egenskapene til vev basert på lyset deres egenskaper, deres lysabsorpsjon og avvisning av den tilsvarende responsen (dette er en fluorescenseffekt) gjør at man kan skille mer nøyaktig under operasjonen, direkte under den, om det er en svulst eller sunt vev, eller en slags overgangssone. Dette emnet har utviklet seg ved instituttet vårt i svært lang tid; nå kalles det National Medical Research Center for Neurokirurgi oppkalt etter akademiker N. N. Burdenko. Og det brukes aktivt for hjernen og ryggmargen.

V. Leach:

Dette er ikke lenger operasjon, men behandling. Hva er gjort for diagnose? Tross alt er det i dag mange tilfeller av hjernesvulster. Hvordan kan dette diagnostiseres i de tidlige stadiene? Vi rådes for eksempel til å gå til legene en gang i året, gjennomgå undersøkelse som legeundersøkelse, en slags forebygging. Men når det gjelder hjernesvulster, går vi ikke til MR eller CT en gang i året.

P. Zelenkov:

Selvfølgelig, og sannsynligvis takk Gud for at vi ikke drar en gang i året. Her avviker vi litt fra fotonikk, siden det var snakk om diagnostikk direkte under operasjonen, noe som hjelper kirurgen til å se svulsten bedre.

Når det gjelder prehospital diagnostikk og forebyggende diagnostikk. For å forhindre en slik utvikling på et tidlig stadium, må du være oppmerksom på symptomene: regelmessig hodepine, taleforstyrrelser og lembevegelser. Og som oftest vil årsaken ikke være svulster i det hele tatt, men vaskulære lidelser og høyt blodtrykk. Dette er et virkelig sosialt problem, siden høyt blodtrykk og karsykdommer i hjernen er et utbredt problem som rammer nesten alle, og her må du selvfølgelig overvåke din generelle helse og blodtrykk. Og hvis noen nevrologiske symptomer dukker opp, er det fornuftig å gå for en MR.

Høyt blodtrykk og karsykdommer i hjernen er et utbredt problem som rammer nesten alle

V. Leach:

Hvor raskt blir pasienten frisk etter behandling? Og blir de friske etter en hjerneoperasjon? Du sier at hver del av hjernen er ansvarlig for noe. I hvilken grad forblir personen funksjonell?

P. Zelenkov:

Selvfølgelig, nå er behandlingsnivået for hjerne- og ryggmargssvulster veldig høyt, det er mye bedre enn for 10-20 år siden takket være bruken av ulike teknikker, som elektrofysiologisk overvåking, fluorescerende diagnostikk, som gjør det mulig å fjerne svulsten samtidig som funksjonelt signifikante områder bevares. Og pluss nye rehabiliteringsmetoder, gjenoppretting av bevegelser, koordinering, omskolering av pasienter, taleteknikker som gjør at jevn tale kan gjenopprettes. Dermed kan vi si at resultatene er betydelig bedre enn tidligere.

V. Leach:

Og å behandle ved hjelp av fotonikk, lasere, hvilke spesialister kombinerer det, hvilke områder?

P. Zelenkov:

Vi, som nevrokirurger, forstår lite om fysikk, faktisk. Her er vi i krysset mellom to områder: laserfysikk og nevrokirurgi. Vi har et langvarig gunstig samarbeid med Prokhorov Institute of General Physics, med laboratoriet til professor Laschenov. I mange år har han og hans ansatte vært på operasjonsstuene våre og hjulpet, satt opp utstyret, gitt oss laserfibre, skrudd av den laseren og fortalt hva vi direkte ser i såret. For for å tolke resultatene av dette signalet, må du ha de riktige kvalifikasjonene og kunnskapene.

V. Leach:

Hva justeres - bjelkebredde, lengde, dybde, hvordan skjer dette?

P. Zelenkov:

Spekteret, absorpsjonslengden og så videre justeres. For å være ærlig forstår jeg ikke dette så veldig. Men ikke desto mindre er tilstedeværelsen av ingeniører i denne situasjonen fortsatt nødvendig. Selv om versjoner av operasjonsmikroskoper som integrerer fluorescerende diagnostiske evner allerede har eksistert i ganske lang tid. Det vil si at kirurgen faktisk ikke trenger noen ekstern assistent, han trenger bare å slå på knappen på mikroskopet og se bildet i fluorescerende modus.

V. Leach:

Brukes mikroskoper direkte under operasjonen?

P. Zelenkov:

Ja. Dette er et eget poeng som jeg vil understreke igjen. Vi kan si at fotonikk som sådan, det vil si lys, har blitt brukt i nevrokirurgi i ganske lang tid, på 50- og 60-tallet begynte mikroskoper å bli brukt til hjernekirurgi. Før dette ble det kun brukt hodelykter.

V. Leach:

Hvordan er et mikroskop installert på en person?

P. Zelenkov:

Dette er en ganske stor enhet, som har en stor base på størrelse med et godt kjøleskap, hvorfra det kommer en arm som selve optiske hodet til mikroskopet med håndtak henger på. Og dette er veldig praktisk for en nevrokirurg. Det vil si, faktisk, mellom pasientens hode eller strukturen vi trenger, og kirurgen selv, er det denne optiske enheten, som er veldig enkel å justere og har et veldig kraftig fokusert lys. Forstørrelsen som kan oppnås er opptil 10-15 ganger, det vil si at du kan se de fineste strukturene. Dette brukes ikke bare innen nevrokirurgi, men også innen plastisk kirurgi, til og med innen odontologi, otorhinolaryngologi og alle andre felt der det kreves mikrokirurgi, det vil si arbeid der bevegelser kan nå en presisjon på en brøkdel av millimeter.

V. Leach:

Er flere diagnoser nå gjenstand for behandling?

P. Zelenkov:

Ja. Det er helt klart at svulster og patologier som tidligere ble ansett som uhelbredelige, og som kirurger rett og slett ikke påtok seg, nå har begynt å bli operert.

V. Leach:

Hvilken for eksempel?

P. Zelenkov:

Dette gjelder gigantiske svulster og dype svulster. Direkte innen det jeg spesialiserer meg på er ryggmargskirurgi, kirurgi av intramedullære svulster. Tidligere var taktikken å ikke operere så lenge som mulig, siden ryggmargskirurgi alltid er forbundet med en eller annen form for mangel. Alle områder av ryggmargen er enda mer følsomme; den er mindre i størrelse, sannsynligvis like tykk som lillefingeren min. Og hvis en svulst vokser inni ham, vil den mest sannsynlig påvirke alle funksjonene hans, og personens symptomer vil raskt øke. Og i dette tilfellet fører enhver operasjon uunngåelig til en økning i nevrologisk underskudd, men personen har muligheten for at det i fremtiden fortsatt vil være en bedring takket være effektiv rehabilitering, og han vil gå igjen og leve et fullt liv. Så, her er det nettopp mikrokirurgi, bruk av mikroskop, overvåking, spektroskopi og fluorescerende diagnostikk, dette settet med nye teknikker som gjør det mulig å lage en bedre prognose og virkelig operere effektivt i tilfeller der de tidligere foretrakk å ikke røre.

V. Leach:

Det vil si at i dag har folk råd til å gå lenger?

P. Zelenkov:

Utvilsomt. Dette er en sjelden patologi som sådan. Sammenligner vi for eksempel med vårt samme område, når vi behandler herniated intervertebral discs, spinalkanalstenose, skjer dette med nesten alle. Jeg tror at hvis du og jeg tar en MR, vil de definitivt finne noen brokk, fremspring og så videre. Og det er mye flere slike pasienter. Hvis alle ønsker å få en MR, er jeg sikker på at 10% av folk vil skrive at de har brokk og trenger en konsultasjon med en nevrokirurg og en form for operasjon.

Hvis alle ønsker å få en MR, er jeg sikker på at 10% av folk vil skrive at de har brokk og trenger en konsultasjon med en nevrokirurg og en form for operasjon.

V. Leach:

Er svulsten fortsatt ondartet eller godartet?

P. Zelenkov:

I hjernen er omtrent halvparten av svulstene ondartede: glioblastom og anaplastisk astrocytom, faktisk er dette et stort problem, som krevde innføring av fotonikk som en av de mulige måtene å løse det på, siden dette er en stor gruppe pasienter som er svært vanskelig å behandle. Til tross for kombinasjonen av kirurgi, kjemoterapi, strålebehandling og noen nye eksperimentelle metoder, er resultatene av behandlingen fortsatt ikke så tilfredsstillende. Det vil si at gjennomsnittlig overlevelsestid er omtrent et år, litt mer enn et år. Selv om, ifølge erfaringene fra vårt senter, hvis en pasient mottar denne typen behandling i kombinasjon, i tide, og hele tiden er under tett oppsyn, kan livet hans bli betydelig forlenget til flere år, og noen ganger opptil tiår.

V. Leach:

Når det gjelder ryggraden, hva er indikatorene?

P. Zelenkov:

Når det gjelder ryggraden er situasjonen noe annerledes. I praksis utgjør pasienter med ryggraden nesten 50-75 % av en nevrokirurgs hele praksis. Dette er ryggsmerter, dette er ulike kompresjonssyndromer, der smerte stråler ut til lemmer, til armen, til beinet. Jeg jobber på en avdeling som spesialiserer seg på ryggrad, ryggmarg og perifere nerver, så jeg ser disse pasientene hver dag. Og dette er et litt annet område, det ligger nært ortopedi, siden vi jobber mye med beinstrukturer, med leddbåndsapparatet. Og her bruker vi som nevrokirurger de samme tilnærmingene: mikrokirurgi, bruk av mikroskop, ulike minimalt invasive tilnærminger, lavtraumatisk, gjennom svært små snitt. De siste årene har folk begynt å aktivt mestre endoskopi - dette er en teknikk som tillater enda mindre skade på muskler, vev og leddbånd.

V. Leach:

Er det lettere å operere ryggraden enn hjernen?

P. Zelenkov:

På den ene siden anses operasjon på selve ryggraden på noen måter lettere enn hjernekirurgi fordi strukturene er større. Jeg snakker ikke om ryggmargen nå, jeg snakker kun om bein og skiver. På noen måter regnes dette som kirurgi. For eksempel kan vi jobbe uten bruk av mikroskop (med gamle teknikker, med store snitt, gjøre store dekompresjoner), følgelig kan vi gjøre store stabiliseringer, bruke stabiliserende strukturer (titanimplantater, skruer), eller vi kan gjøre små, ømfintlige operasjoner når vi kun frigjør nervestrukturer uten skade på bærende strukturer. Selvfølgelig er dette en helt annen tilnærming, som krever litt andre kvalifikasjoner, siden det krever erfaring, syn på anatomi i svært trange, begrensede rom.

V. Leach:

Hvor mange pasienter kan gå og bevege seg fullt ut etter ryggmargsoperasjon?

P. Zelenkov:

Overveldende flertall. Den klassiske myten om at "ikke gå for å operere ryggraden - den vil lamme" er noe fra fortiden, vil jeg si.

V. Leach:

På den annen side lammer det uansett, men her er det i alle fall en sjanse.

P. Zelenkov:

I ekstremt sjeldne situasjoner kan en pasient med brokk bli lammet. Dette skjer når noen komplikasjoner, vaskulære lidelser oppstår, eller når en komplikasjon oppstår under operasjonen der funksjonen til begge nedre ekstremiteter er svekket. Men som regel skjer dette ikke i 99,9% av tilfellene.

Våre hovedoppgaver er å bekjempe langvarige smertesyndromer, siden det ofte hender at smerte er tilstede før operasjonen, men den forblir etter operasjonen. Og noen ganger skjer det at til tross for at det har gått ned med 20-30-50%, fokuserer pasienten fortsatt på dette smertesyndromet. Disse erfaringene kan ikke avskrives. Vi som kirurger må fortsette å kommunisere med dem, forklare, finne ut andre årsaker til at denne smerten oppstår. Noen ganger dukker det opp interessante ting. For første gang avslører konsultasjonen vår samtidige sykdommer som ikke tidligere ble diagnostisert.

Ryggraden er den sentrale aksen i kroppen. Og vi må evaluere ikke bare selve ryggraden, men også alt som omgir den, og pasienten som helhet, siden vi alle er veldig forskjellige, og smerte er mer en sinnstilstand enn en morfologisk ting som kan berøres, sett ved hjelp av hvilken som helst metode. Det vil si at alle har sin egen smerte.

I ekstremt sjeldne situasjoner kan en pasient med brokk bli lammet. I 99,9 % av tilfellene skjer ikke dette.

V. Leach:

Du snakker om brokk, men hva om vi kommer tilbake til svulsten?

P. Zelenkov:

Med svulster er alt enklere. Dette er et eget tema. Vanligvis har pasienter med ryggmargs- eller ryggsvulst en lang reise før de får diagnosen. Først har de bare vondt i ryggen, og ofte får de ingen tilleggsdiagnostikk, kun røntgen, som egentlig ikke viser noe, og pasienten sendes til fysioterapi og vitaminbehandling, som igjen stimulerer videre vekst av svulsten.

V. Leach:

Men du sier at det heller ikke anbefales å gå til MR hvert år.

P. Zelenkov:

Det er riktig.

V. Leach:

Hva skal man gjøre da?

P. Zelenkov:

Slik at nevrologer ser veldig nøye på pasienten. Hvis pasienter ser at de blir verre, begynner de å lete etter måter, se etter andre leger og gå til MR selv. Det positive aspektet ved vår russiske virkelighet er at for penger kan du enkelt få utført en MR, og ingen vil spesielt spørre om veibeskrivelse, siden disse sentrene på en eller annen måte trenger å overleve. Og strømmen av pasienter er viktig for dem, og MR-tjenesten er en diagnostisk prosedyre som er helt ufarlig, så den kan gjøres rolig og uten resept fra lege.

Et annet spørsmål er tolkningen av fotografiet, siden det ofte kommer folk til oss som ikke engang egentlig kan forklare klagene sine, og vi spør: "Hvorfor kom du likevel?" "Fordi min MR sier at det er et brokk." Så jeg forklarer alltid at konklusjonen ble skrevet av en spesialist som studerte hvordan man beskriver hvor patologiene er og hvor normen er. Men det er ikke skrevet for pasienten, som ikke kan isolere hva som er vesentlig her og ikke, men for en annen spesialist (for en nevrolog, nevrokirurg), som kan vurdere hva som er viktig, klinisk signifikant, kanskje til og med krever kirurgi, og som er ikke så viktig.

Det positive aspektet ved vår russiske virkelighet er at for penger kan du enkelt få utført en MR, og ingen vil spesielt spørre om veibeskrivelse, siden disse sentrene på en eller annen måte trenger å overleve.

V. Leach:

På den annen side går pasienten til kirurgen fordi legen fra klinikken allerede har sendt ham for å svømme. Vi har tross alt et ganske stort gap mellom leger som jobber på sykehus, opererer, behandler og klinikker, som oftest skriver ut aspirin og paracet ved forkjølelse og sykdom. Kanskje varierer kvalifikasjonene veldig?

P. Zelenkov:

Jeg kan ikke være helt enig med deg. Faktum er at de som sitter på klinikker praktisk talt sitter på skuddlinjen. De er i en svært vanskelig situasjon – økonomisk, økonomisk og sosialt. På den ene siden er de primæromsorgen, det som i den siviliserte verden kalles en allmennlege, en fastlege. Det er faktisk denne personen som tar støyten, folk med alle slags sykdommer kommer til ham, og denne personen må selvfølgelig være i gode forhold. Dessverre, i vår virkelighet, har disse menneskene ofte lav lønn, har ikke særlig god støtte, og de har få muligheter i samme klinikk.

V. Leach:

Selv i betalte klinikker bekreftes ikke alltid kvalifikasjoner. Selv om resepsjonen kan koste betydelig.

P. Zelenkov:

Systemet for videreutdanning fungerer ganske bra. Jeg vil si at kvalifikasjonene til disse menneskene fortsatt er høye. Et annet problem er at de får svært lite tid til å undersøke pasienten, de blir tvunget til å skrive mye forskjellig. De er juridisk begrenset innenfor visse rammer, og derfor oppstår stereotypier om at kvaliteten på behandlingen der er dårligere enn andre steder. Jeg tror imidlertid at dersom det skapes gode betingelser for innleggelse i primærklinikken, vil kvaliteten være veldig høy, og legene selv er godt kvalifiserte, og det bekreftes av måten pasienter kommer fra mange klinikker i regionene. Det er absolutt ingen sammenheng mellom hvor pasienten kom fra, hvor godt han ble undersøkt, og hvilke anbefalinger som ble gitt. Ofte, når vi skriver ut pasienter hjem, kontakter vi til og med lokale leger på telefon. Igjen, i virkeligheten, i Moskva kan du gå til svømmebassenget eller til rehabiliteringssenteret. Et sted i en landsby eller liten by er det ikke noe svømmebasseng, ingen gode sportsdispensarer og så videre. Men pasienten trenger fortsatt rehabilitering. Du utvikler noen taktikker, prøver å tilpasse deg, forklarer hva som er mulig og ikke.

Dersom det legges til rette for gode innleggelsesforhold i primærklinikken vil kvaliteten være meget høy, og legene selv er godt kvalifiserte.

V. Leach:

Men hjemmeøvelser finnes også, ikke sant?

P. Zelenkov:

Selvfølgelig finnes de, men dette krever enorm utholdenhet. Likevel er hovedrådet mitt å gå til en trener. Hvis du motiverer og forklarer alt riktig, vil personen virkelig ta vare på seg selv.

V. Leach:

Hvor mange? Pasienter øver i en måned eller to, så blir det skikkelig ille.

P. Zelenkov:

Jeg har en følelse av at det ikke er nok. Noen ganger er effekten av operasjonene våre, spesielt for brokk, så god, det vil si at personen var syk, så reiste han seg, gikk og begynte å nyte livet, at hans generelle livsstil endres litt, han begynner å tillate seg mer aktivitet , han tar bedre vare på seg selv , han forstår at det er bedre å ikke la dette skje igjen. Hva bør du gjøre for dette? Styrk ryggmusklene: svøm, tren.

V. Leach:

Hvem er pasienten din oftest?

P. Zelenkov:

Som de sier: "Alle aldre er underdanige her." Unge mennesker er mer sannsynlig å oppleve brokk, skader og smertesyndromer som bare er forbundet med spasmerte muskler. I eldrekategorien snakker vi mer om langvarige stenoser i ryggmargskanalen, hvor osteokondrose, på grunn av langvarig belastning, vokser og komprimerer nerveendene. Dette er mer vanlig i kategorien over 50 år.

V. Leach:

Og hvis vi går tilbake til svulsten, hvem får den oftere? Og av hvilke grunner?

P. Zelenkov:

Tumorer er selvfølgelig genetiske, det vil si at det er en slags genetisk disposisjon, pluss miljøfaktorer, og det kan være kjemisk eksponering og strålingseksponering. Men som vi vet, nå er dette sammenbrudd i gener, det vil si at selvdestruksjonsmekanismer i enkelte celler slutter å virke, og de blir til en svulstcelle. Normalt dannes det konstant et visst antall tumorceller hos enhver frisk person. Men så snart denne cellen innser at den har blitt en svulstcelle, starter prosessen med apoptose, det vil si selvdestruksjon, i den. Denne cellen dør rett og slett litt etter litt og gir ikke opphav til en svulst. Et sammenbrudd i denne mekanismen holder slike celler i live, og på et tidspunkt dukker det opp en kritisk masse som begynner å vokse. Årsakene til dette er ikke fullt kjent; det er et veldig stort bidrag til molekylære, biologiske, genetiske mekanismer. Og for mange svulster har disse mekanismene blitt studert veldig dypt, det er kjent mange gener der en svulst kan utvikle seg, og til og med genetisk testing kan på forhånd anta at denne personen har høy risiko, at han må ha en MR hver gang. år og overvåke nøye om dette utvikler seg svulst eller ikke.

Basert på genetisk testing kan man på forhånd anta at denne personen har høy risiko, at han må ta MR hvert år og følge nøye med om denne svulsten utvikler seg eller ikke.

V. Leach:

Påvirker traumer tumorutvikling?

P. Zelenkov:

Dette spørsmålet stilles ofte, men så vidt jeg vet er det ingen direkte sammenheng her. Som vi ble lært ved instituttet i våre første år: «Få en familiehistorie: finn ut om dine foreldre, besteforeldre eller kanskje oldeforeldre hadde svulster.» Ofte antyder naturen selv at det er en slags familiepredisposisjon, da må man være mer nøye med denne pasienten.

V. Leach:

Forkorter nye behandlinger sykehusopphold?

P. Zelenkov:

Ja. Det er her vi kan gå tilbake til vår ryggradsoperasjon. Jeg kan si at tidligere var operasjon for spinalstenose en stor operasjon, med stort snitt, laminektomi, lang tilheling, pasienten ble tvunget til å ligge lenge mens jeg hadde en posterior spinalfusjon, beinfusjon, og så videre . Nå kan vi utføre dekompresjon ved hjelp av endoskop gjennom et 5-millimeters snitt og skrive ut pasienten hjem om kvelden. Som regel venter vi et døgn med å bare vurdere tilstanden, men dagen etter kan vi skrive ut pasienten. Teknologi lar deg raskt forlate sykehuset og gå tilbake til det normale livet.

V. Leach:

Er våre leger utdannet i dag i vårt land eller i utlandet? For i enkelte spesialiteter klager leger over at vi ikke gir full opplæring.

P. Zelenkov:

Jeg reiste mye til utlandet til forskjellige klinikker. Jeg trente og studerte i Tyskland og Frankrike, og jeg kan si at i Russland er medisinnivået generelt ganske høyt, spesielt i store byer: Moskva, St. Petersburg, Novosibirsk og så videre. Store sentre har nesten alle de samme teknikkene som er tilgjengelige i utviklede vestlige land. Kanskje henger vi etter nettopp på nivået av klinisk forskning, ulike nye teknikker, helt eksperimentelle. For det samme glioblastomet i Russland er det betydelig færre kliniske studier, nye metoder, ved bruk av nye fysiske eller kjemiske eller biologiske prinsipper, enn ved de samme universitetsklinikkene i Tyskland. Men nivået på trening kan oppnås i Russland. Med dagens eurokurs er det dessuten ganske vanskelig for leger å reise et sted for egen regning og studere. Men blant kollegene mine er det mange fokuserte mennesker, først og fremst unge, som ønsker å oppnå noe og lære mer. Selvfølgelig er mitt råd til slike mennesker, hvis mulig, å reise, studere, se og bruke det i praksis.

Store sentre har nesten alle de samme teknikkene som er tilgjengelige i utviklede vestlige land. Kanskje henger vi etter nettopp på nivået av klinisk forskning, ulike nye teknikker, helt eksperimentelle.

V. Leach:

Hva fikk du ut av utenlandsk erfaring for deg selv og din praksis som du ikke hadde her?

P. Zelenkov:

Under et årelangt internship i Tyskland i 2008 endret jeg litt filosofien min angående ryggmargskirurgi: brokk, stenose og så videre. Det vil si at jeg så at det ikke er nødvendig å utføre store operasjoner, større dekompresjoner, stabilisering ved bruk av store mengder metall, at de samme problemene kan løses på en svært lavtraumatisk, minimalt invasiv måte, ved hjelp av mikrokirurgiske teknikker, mikrodekompresjon.

V. Leach:

Det vil si at de i utlandet var foran oss i denne perioden?

P. Zelenkov:

Også i Tyskland kan du finne klinikker som opererer med både gamle og nye metoder. For eksempel tok jeg nylig et klinisk praksisopphold ved universitetet i Bordeaux I i Frankrike. Og jeg ble overrasket over at det var folk der med en litt annen tilnærming. Det vil si at dette er mer åpne operasjoner, kan man si, som vi brukte for 10 år siden, men de er satt i drift, de er gjort veldig bra, alt fungerer der som smurt, hele teamet vet hva og hvordan de skal gjøre, og de går raskt og veldig effektivt. Det vil si at i hendene på hver kirurg er metoden han er god på god.

V. Leach:

Trenger hele laget omskoleres som et resultat?

P. Zelenkov:

Selvfølgelig hele brigaden. Kirurgen selv er viktig fordi han direkte jobber, han gjør det med egne hender, men rollen som operasjonssykepleier, rollen som anestesilege, rollen som radiolog - vi har dessverre ikke en slik ansatt på operasjonsstuen, men han er også påkrevd, siden vi jobber med røntgen, elektron-optisk omformer. Det vil si at rollen til hele brigaden er ekstremt viktig. Operasjonen kan ikke gjennomføres med styrken og kunnskapen til en kirurg; for dette er det nødvendig at hver deltaker forstår funksjonene til denne operasjonen, noen nyanser, dens bevegelser og så videre, og i tillegg må teamet være godt koordinert. Kirurgen, anestesilegen og sykepleieren skal være samtidig.

V. Leach:

Det viser seg at etter å ha fullført et internship i utlandet, må du komme hjem og omskolere hele teamet?

P. Zelenkov:

Utvilsomt. Under operasjonen måtte ukjente ting noen ganger forklares for søsteren. Men våre ansatte og våre sykepleiere som vi jobber med ved Senter for nevrokirurgi oppkalt etter akademiker N. N. Burdenko er fantastiske, svært høyt kvalifiserte spesialister, takket være hvem våre operasjoner er mulige, for uten dem, uten deres erfaring, ville det vært ekstremt vanskelig.

V. Leach:

Og hvordan blir så denne erfaringen gitt videre til kollegene våre, eller er det en slags konkurranse, og alle sitter og tenker: «Jeg vil ikke lære noen, la alle komme til meg».

P. Zelenkov:

Det er her kollegialitet kommer i forgrunnen. Du kan selvfølgelig sitte og ikke gi kunnskapen din videre og være redd for konkurranse. Men livet vil bringe det ut uansett, og de som trenger det vil fortsatt motta denne kunnskapen. Derfor går jeg alltid ut fra prinsippet: det er bedre at jeg er den som underviste enn noen andre. Det vil si at det ikke nytter å være en hund i krybben. Jo mer kunnskap du gir videre til andre, unge kolleger, beboere, jo mer vil det lønne seg senere. For de vil fortsatt komme for å få råd og sende pasientene sine. Dette er en gjensidig fordelaktig prosess. En langvarig medisinsk tradisjon - har du fått kunnskapen din fra læreren din, så må du bøye deg, takke og formidle denne kunnskapen videre, siden dette er vår faglov.

En langvarig medisinsk tradisjon - hvis du mottok kunnskapen din fra læreren din, må du bøye, takke og videreformidle denne kunnskapen.

V. Leach:

Hva skjer i dag med spesialiteten nevrokirurgi, fordi mange spesialister uteksamineres hvert år, mer enn det som kreves, som noen sier. Jobber alle i sin spesialitet, er de ansatt?

P. Zelenkov:

Jeg har en følelse av at antall plasser går ned, dette er en generell trend i helsevesenet vårt, det foregår en del optimalisering, og det er litt færre klinikker. Men samtidig kan jeg ikke si at behovet for nevrokirurger, spesifikt i min spesialitet, faller. Etter min mening er den tvert imot ikke stengt. Og det er mangel på nevrokirurger og slike spesialister i hele landet, siden vi ser at det kommer mye folk fra regionene, og mange av en eller annen grunn ikke ønsker å søke lokalt. Selv om det virker som om dette er en misforståelse. Fordi nivået på kadetter er ganske høyt, og folk er ganske i stand til å operere på bakken med noen ting, bortsett fra de mest komplekse, som det trengs erfaring for. Derfor mener jeg at antallet nevrokirurger, i likhet med andre spesialister, bør øke.

Og her er min personlige mening om at folk bør motta høyt kvalifisert, høyteknologisk hjelp på sine bosteder, siden det er veldig vanskelig å komme til Moskva, noen ganger er det rett og slett umulig for dem. Jeg er tilhenger av desentralisering slik at folk enkelt kan nå og motta denne hjelpen på bostedet sitt, ikke langt fra der de bor. Og samtidig være i kontakt, i kontakt med legen som jobbet med dem. Fordi saken ikke er begrenset til én operasjon, går livet videre, og pasienten trenger oppfølging, rehabilitering og oppfølgingsundersøkelser. Det er ofte tilbakefall, nye problemer, når folk kommer til meg som ble operert for 10 år siden med noen nye spørsmål og problemer, streber de alltid etter å komme til den samme personen som de allerede har handlet med, hvis det ble et vellykket resultat.

V. Leach:

I dag er det en slags propaganda blant pasientene selv om forebygging, riktig diagnose, hvor, når, skal man gå?

P. Zelenkov:

Dette er en stor fiasko, faktisk.

V. Leach:

Fordi de skal innføre finansiell kompetanse i skolene. Økonomi er viktig, men hvis du ikke har helse, hva er da vitsen med alt annet?

P. Zelenkov:

Jeg visste ikke at de underviste i finansiell kompetanse på skolene.

V. Leach:

I noen introduserer de, inkludert planer om å introdusere ytterligere.

P. Zelenkov:

Helsekompetanse ville trolig ikke vært mindre viktig å undervise enn finansiell kompetanse. Fordi å ta vare på helsen din er en prioritet, etter min mening.

V. Leach:

Barn, som starter fra skolen, noen ganger fra barnehagen, begynner å føre en noe usunn livsstil: gadgets, en ganske stillesittende livsstil.

P. Zelenkov:

Her både ja og nei. En stillesittende livsstil er definitivt dårlig. Selvfølgelig skal sport komme først, aktiv mobilitet. Imidlertid er realitetene i livene våre slik at barn må studere mer, mengden informasjon, mengden kunnskap øker. En gadget er også en uunngåelig konsekvens av vitenskapelig og teknologisk fremgang.

V. Leach:

Noen ganger er det ondskap, foreldre sparker barna bort fra datamaskiner. Hvis det før var umulig å kjøre oss hjem, er det nå umulig å kjøre barn ut av huset med disse dingsene.

P. Zelenkov:

Her bør du alltid tenke: hvorfor trenger et barn en dings? Se ikke på de overfladiske manifestasjonene av problemet, men på de dype. Det vil si at et barn trenger en dings når han rett og slett kjeder seg og når han ikke har andre aktiviteter.

Et barn trenger en dings når han rett og slett kjeder seg og når han ikke har andre aktiviteter.

V. Leach:

På den annen side går han ikke nedover gaten, han vandrer ikke rundt et sted.

P. Zelenkov:

Han kan gå til idrettsseksjonen og trene der. Og her er spørsmålet ikke for barn, men for foreldre, hvordan organiserer de barnets tid, og hva gjør de for å sikre at han har interessante aktiviteter, slik at det ikke er noe ønske om å sitte i denne dingsen hele dagen eller det er ingen mulighet bare til å ha tid, for hvis han studerer her og der, så har han ikke krefter og tid til å sitte i mange timer. Men å bruke litt tid på en telefon eller et nettbrett, det er faktisk ikke noe galt med det, siden dette er et moderne leketøy, det samme som vi en gang hadde kuber, hoppetau og så videre.

V. Leach:

Kan jeg ha noen ønsker til dine kolleger og pasienter?

P. Zelenkov:

Jeg kan ønske mine kolleger opprettholde ønsket om å stadig lære noe nytt, slik at denne entusiasmen ikke forsvinner, slik at ingen opp- og nedturer i livet eller omstendigheter forstyrrer det, slik at det er et konstant ønske om å forbedre metodene som du egen, for å berike deg selv med kunnskap.

Når det gjelder pasienter, ønsker jeg å opprettholde edruelighet og ikke betrakte leger som guder i hvite frakker som vet alt bedre. Det vil si, følg din indre intuisjon litt og finn ut hva du trenger og hva du ikke trenger. Dette kan være en så uvanlig anbefaling, spesielt for russiske realiteter, men begynn likevel å ta mer ansvar for din egen helse. Det er bedre å forstå, bli utdannet, interessere seg, lese på Internett om særegenhetene til fysiologi og anatomi. Og lær egenskapene til din egen sykdom, og med denne kunnskapen gå til legen. Vurder nøkternt hva som anbefales deg. Velg en lege, velg en klinikk. Faktisk er valgfriheten nå veldig bra. Og føre en sunn livsstil.

V. Leach:

Beste ønsker. Til neste gang.

P. Zelenkov:

Fotonisk datamaskin, Wi-Fi fra en lyspære, usynlige materialer, kamplasere og ultrasensitive sensorer... Alt dette er fruktene av den samme vitenskapen - fotonikk. Om hvorfor lys i dag har blitt gjenstand for studier for nesten halvparten av fysikere rundt om i verden, i vårt nye materiale

Foto: GiroScience / Alamy / DIOMEDIA

Musen i kammeret er opplyst med et helvetesgrønt lys: laseren trenger noen sekunder for å trenge dypt inn i kroppen og skanne den til minste detalj. Et bilde dukker opp på skjermen av en sammenfiltret floke av blodårer – ned til det minste, en tiendedels millimeter i størrelse. Dette er et optoakustisk mikroskop - en unik, og så langt den eneste enheten i Russland. Den konverterer det optiske signalet til et akustisk signal og lar ikke bare "se" blodkar ned til mikrokapillærer, men også å oppdage de minste partiklene i blodet - for eksempel enkeltstående kreftceller.

Og hvis du øker intensiteten av stråling, vil cellen ganske enkelt sprekke av overoppheting og fly fra hverandre. Forstår du? - sier professor Ildar Gabitov: "Vi kan fjerne uønskede biologiske gjenstander direkte inne i kroppen uten kirurgisk inngrep og uten å påvirke hele kroppen. Disse mulighetene for samtidig diagnose og terapi er karakteristiske for en ny retning av medisin - terapeutisk.

Vi er lokalisert ved Senter for fotonikk og kvantematerialer ved Skolkovo Institute of Science and Technology i biofysikklaboratoriet. Mens forskere finpusser ferdighetene sine på vevsprøver. Men i nær fremtid vil Skoltech ha et fullverdig forskningsvivarium.

Det er interessant at ideen om å kombinere diagnostiske og behandlingsteknologier oppsto med nobelprisvinneren, en av forfatterne av den amerikanske atombomben, Richard Feynman. Han forutså etableringen av autonome instrumenter som kunne utføre kirurgiske operasjoner direkte på menneskekroppen. Feynman skrev: "...Det ville vært interessant om du kunne svelge en kirurg. Du ville satt inn en mekanisk kirurg i blodårene, og han ville gå til hjertet og 'se deg rundt' der...". Kanskje vil alt dette bli en realitet i løpet av det neste tiåret. For å gjøre dette må vi forstå hvordan fotoner samhandler med materie på nanoskala og utvikle metoder for å kontrollere lys.

Datamaskin laget av lys

Lys er grunnlaget for alt," legger professor Gabitov til på vei til et annet laboratorium. "Uten lys ville det ikke vært noe: liv kunne ikke ha oppstått på jorden." Det ville ikke vært noen moderne medisin, ingen moderne industri, og heller ikke hele det moderne samfunnet med sin komplekse informasjonsstruktur, økonomi og hverdagsliv ville eksistere. Vitenskapen om fotonikk, hvis raske utvikling skyldes et stort antall applikasjoner, studerer egenskapene til lys, samspillet mellom lys og materie, og utvikler metoder for å kontrollere lysstrømmer. Disse metodene har én ting til felles - de er basert på manipulasjon av lyspartikler - fotoner. (Et foton er et kvantum av elektromagnetisk stråling; i motsetning til et elektron har det ingen masse eller elektrisk ladning og beveger seg i et vakuum med lysets hastighet - "OM".)

Hvorfor har fotonikk begynt å utvikle seg så raskt akkurat nå? Alle avanserte land, inkludert Russland, har identifisert det som et strategisk viktig område...

Jeg vil nevne to hovedfaktorer – utviklingen av den instrumentelle basen og økende teknologiske behov, inkludert informasjonsinfrastrukturen i det moderne samfunnet. I dag er 30-40 prosent av verdens produkter skapt ved hjelp av fotonikk, og listen over områder hvor funn vil bli brukt vokser for hver dag.

Datateknologi er fortsatt et av de hotteste områdene. Tilbake i 1965 formulerte Intel-grunnlegger Gordon Moore en lov som gikk ut på at antall transistorer på en brikke og dermed ytelsen ville dobles hvert annet år. Men i 2016 sluttet loven hans å virke: elektronikk kan ikke lenger utvikle seg så raskt. Vil fotoniske teknologier erstatte det?

Elektronikkteknologien har faktisk nådd noen grenser på noen områder. Vi er alle vitner til den raske utviklingen av elektronikkbaserte enheter. Mange mennesker har en smarttelefon i lomma – en fantastisk enhet hvis funksjonalitet ville vært utenkelig for 20 år siden. Dens utseende illustrerer godt den filosofiske loven om overgangen fra kvantitet til kvalitet. Hvis vi prøvde å lage noe som ligner på en smarttelefon i tiden med såkalt diskret elektronikk, ville den tilsvarende enheten være laget av radiorør, kondensatorer, motstander, induktanser, etc. det ville være på størrelse med en blokk. I tillegg ville den forbruke utrolig mye energi og ville ikke kunne fungere på grunn av konstante sammenbrudd på grunn av elementenes upålitelighet. Bare bruken av høyt integrerte mikrokretser (inneholder et stort antall elementer - "O") førte til opprettelsen av en ny type enhet, som nå er tilgjengelig for alle. Videre fremgang innen elektronikkutvikling er imidlertid i noen tilfeller ikke mulig.

– Og hva er grunnen?

For det andre er utviklingen av datamaskiner sterkt hemmet av mangelen på materialer som kan fjerne varme. Elementene i moderne enheter blir veldig små, men det er så mange av dem at de er ekstremt tettpakket, så overoppheting er umulig å unngå. For tiden har slike industrigiganter som Google og Facebook blitt tvunget til å lokalisere sine "datasentre" (databehandlingssentre - "O") i kaldt klima: utenfor polarsirkelen og i nord på oljeplattformer, hvor det er mye kaldt vann . Og Kinas største datasenter ligger i en høyde av 1065 m over havet i Hohhot, i Indre Mongolia. Problemet må løses fordi tettheten av lagringssystemer bare vil øke. Ferdigheten til å slette eller ødelegge noe forsvinner fullstendig fra brukerkulturen, slik tilfellet var for 20 år siden da vi brukte disketter eller disker. Skyrommet virker uendelig.

Og den tredje grunnen, den viktigste, på grunn av hvilken hastigheten på datamaskiner ikke lenger øker, er relatert til antall elektroner som deltar i en elementær logisk operasjon. Nå involverer en operasjon faktisk ett elektron. Det vil si at vi videre må bruke en "halv" eller "kvart" av et elektron, som er absolutt absurditet. Derfor oppsto ideen om å prøve å lage svært integrerte enheter ved hjelp av fotoner.

Vil dette ligne på det teknologiske gjennombruddet på 1970-tallet, da de begynte å bruke optisk fiber i stedet for kobberkabel? Tross alt var det denne overgangen som i hovedsak skapte det moderne informasjonssamfunnet.

Ja, fiberoptikk - en tynn tråd av gjennomsiktig materiale som lys overføres gjennom med høy hastighet - er et fantastisk materiale. Tenk deg: titalls kilometer med optisk fiber har samme gjennomsiktighet som en meter vindusglass! Dette gjør det mulig å bruke fotoner i stedet for elektroner som informasjonsbærere. Opprettelsen av optisk fiberteknologi og oppfinnelsen av optiske forsterkere førte til enorme gjennombrudd innen høyhastighetsoverføring. Nå er det selvfølgelig en fristelse å bruke fotoniske teknologier ikke bare for overføring, men også for å behandle informasjon.

– Så er det mulig å lage en fotonisk datamaskin i nær fremtid?

Her møter vi problemer som ennå ikke er løst. For eksempel er en moderne prosessor en kompleks struktur laget av små elementer. Hvert år forbedrer bedrifter teknologien: Apple og Samsung har teknologiske dimensjoner på omtrent 7 nanometer (det vil si at det i dag er mulig å operere med deler av denne størrelsen og følgelig plassere mange miniatyrelementer. - "O"). Men et foton, som vi vet, er både en partikkel og en bølge. Lengden på denne bølgen som brukes i moderne informasjonssystemer er dessuten 1550 nanometer. Grovt sett ville en smarttelefon basert på fotonisk teknologi i dag vært omtrent 200 ganger større enn det vi er vant til.

Det andre uløste problemet er mangelen på effektive metoder for å kontrollere fotonflukser. Elektroner er kjent for å ha en ladning, så de kan manipuleres ved hjelp av et magnetisk eller elektrisk felt. Fotoner er nøytrale og dette kan ikke gjøres. I dag forventer alle fremveksten av nye hybridenheter som vil kombinere fotonikk og elektronikk. Forskningssentre for nøkkelbedrifter sliter med å løse dette problemet.

Hva vil det gi? Utrolig ytelse? Har menneskeheten problemer som må løses med en slik produktivitet?

Selvfølgelig finnes det slike oppgaver innen klimamodellering, hjerneforskning, medisinske og biologiske problemer... Denne listen kan fortsette i lang tid. Når det gjelder nye muligheter for hverdagen - vet du, jeg kan ikke svare på dette spørsmålet. Igjen, for 20 år siden kunne vi ikke forestille oss hvilke fantastiske funksjoner smarttelefoner ville ha. Derfor er det en utakknemlig oppgave å fantasere om hvilken funksjonalitet opprettelsen av høyt integrerte fotonikkenheter kan føre til.

Vitenskapen om opplysning

– Hvor dyr er vitenskapen om fotonikk? Hva slags installasjoner trenger forskere?

Det er vanskelig å se for seg gigantiske prosjekter som hadronkollideren innen fotonikk – omfanget av prosessene her er mindre. Men denne vitenskapen er veldig dyr. Vanligvis koster fotonikksentre som jobber med veldig små strukturerte objekter, med nye materialer og nye enheter, rundt 250-300 millioner dollar.

– Hvor er det vitenskapelige potensialet konsentrert i dag og hvor er det mest sannsynlig at nye superenheter dukker opp?

Mer og mer forskning flyttes og konsentreres i store selskaper. Nøkkelpersonell er svært kostbart, så selskaper outsourcer noe av pilot- og høyrisikoforskningen sin til universiteter der de har kvalifiserte professorer og gode studenter.

Hvis vi snakker om land, gjøres det mye arbeid i USA. I tillegg er det gode sentre i England, Tyskland, Japan og Korea. Delvis i Frankrike. Det gjøres mye arbeid ved universiteter, som University of Rochester i New York. Dette er generelt et velkjent sted for alle som har med optikk å gjøre. Slike kjente optiske giganter som Kodak, Xerox, Bausch og Lomb startet sitt arbeid her.

– Kina er ikke på denne listen ennå?

Kina er en annen historie. Der bevilges det enorme midler til fotonikk. Kineserne dominerer allerede enkelte produksjonsområder, men kan fortsatt ligge litt etter i utviklingen av nye enheter. Selv om et sted, for eksempel i kvantekommunikasjon, har kineserne innhentet hele verden. Bokstavelig talt i september, ved hjelp av kvantesatellitten QUESS, etablerte de kommunikasjon mellom Kina og Østerrike. Dette brøt ikke bare rekorden for avstanden signalet reiste, men markerte også begynnelsen på opprettelsen av kommunikasjonskoblinger som ikke kan hackes.

Kina utvikler seg veldig raskt; det tiltrekker seg ikke bare betydelige midler, men også menneskelig potensial. Nå, interessant nok, blir kinesiske studenter ofte ikke lenger i de samme statene etter å ha studert, de returnerer til Kina, og når de blir ledere av laboratorier, inviterer de professorene sine dit.

Det er ingen hemmelighet at elektronikk er et område der Russland mildt sagt ligger langt bak: I det sivile mikroprosessormarkedet har vi 100 prosent import. Hva kan sies om russisk fotonikk? Dette er spesielt interessant, siden det i BRICS er Russland og India som er ansvarlige for det, som et av de mest lovende områdene innen vitenskap.

Ja, Russland og India vil tilsynelatende implementere felles programmer innen radiofotonikk. Men alt i alt er valget berettiget, vil jeg si. Få mennesker husker at tilbake i 1919, på høyden av borgerkrigen, ble Statens optiske institutt (GOI) opprettet ved regjeringsbeslutning. I 1923 var det en av de best utstyrte vitenskapelige institusjonene i verden.

Generelt har denne fantastiske institusjonen løst mange problemer. La oss si at før første verdenskrig var Tyskland hovedprodusenten av optikk, og et sted midt i krigen ble det innført sanksjoner, som de sier nå. Det vil si at enhetene ikke lenger ble levert til Russland. Det var nødvendig å skape en bransje, der GOI spilte en enorm rolle. På grunnlag av det, i samme 1919, ble det bygget et 300 meter langt interferometer for å observere stjerner. Der var de engasjert i både grunnleggende vitenskap og etableringen av en teknologisk base. Alt ble skapt her - fra medisinske mikroskoper til den mest komplekse militæroptikken og linser for romfartøy.

Dessverre, på de vanvittige 1990-tallet, falt GOI i en bedrøvelig tilstand. Mange spesialister, etter en viljesterk beslutning fra ledelsen, ble akseptert for å jobbe ved ITMO - St. Petersburg Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics. Nå er dette en unik utdanningsinstitusjon hvor det utføres svært seriøst vitenskapelig arbeid. Vel, i tillegg kan man ikke la være å nevne Fysikk og teknologi, MISIS, Universitetet. Bauman i Moskva, Novosibirsk-universitetet. Nå er hele dette området på vei oppover, og beslutningen fra den russiske regjeringen om å støtte utviklingen av fotonikk i Russland er ikke tilfeldig. Skoltech deltok forresten i dannelsen av dette programmet. Til slutt er det seriøs interesse fra næringslivet: Det er organisasjoner som produserer konkurransedyktige produkter for både sivile og militære applikasjoner og utvikler nye produkter.

Tilbake til fremtiden

Fortell oss om fotoniske teknologier som vil endre hverdagen vår. På hvilket stadium er utviklingen av Li-Fi – Wi-Fi drevet av fotoner?

Grunnleggeren av denne teknologien regnes for å være den tyske fysikeren Harald Haas, som i 2011 brukte en LED-lampe som ruter. Under laboratorieforhold nådde den en overføringshastighet på 224 Gb/s. Denne hastigheten lar for eksempel laste ned 18 filmer på 1,5 GB hver på 1 sekund. En annen viktig nyanse er hemmelighold. Radiobølger kan passere gjennom vegger, noe som betyr at når man kommuniserer via Wi-Fi, kan radiosignalet enkelt leses, og data kan stjeles og dekrypteres. Modulert lys vil ikke reise langt fra rommet; det er mye vanskeligere å i det skjulte avskjære et slikt signal - det oppfattes og overføres i siktelinjen. Men denne teknologien er fortsatt langt fra implementert. Teknologier basert på plasmonikk er mer realistiske.

-Hva er de?

Plasmonikk begynte å utvikle seg for bare rundt 15 år siden, men fenomenene knyttet til det har vært kjent i svært lang tid. For eksempel, tilbake i det gamle Egypt, ble metaller tilsatt glass og malt i forskjellige farger. Og i British Museum er det en unik kopp laget av glass der gull er oppløst, og så i ett lys er det rosa, og i et annet er det grønt. Poenget, som det viste seg, er at når det er oppløst i glass, forsvinner ikke gull til molekyler, men samler seg i klynger - partikkelstørrelsen er omtrent 50 nanometer. Hvis den belyses med lys, er bølgelengden større enn størrelsen på partikkelen, og lyset passerer rundt den uten å spre seg. Denne oppdagelsen førte til etableringen av et bredt utvalg av teknologier, for eksempel nanolasere, som er mindre enn bølgelengden, og ultrasensitive sensorer.

– Finnes det allerede fungerende modeller?

Spise. De første arbeidene om slike lasere ble publisert for flere år siden av Misha Noginov, en MIPT-utdannet bosatt i USA. Han var den første som bygde en laser som målte 40 nanometer – en million ganger mindre enn tykkelsen på et menneskehår. Informasjon om dette dukket opp i 2011 i tidsskriftet Nature. Siden den gang begynte det eksperimentelle livet til nanolasere. Spesielt kom vår andre tidligere landsmann Mark Stockman, en student av akademiker Spartak Belyaev, rektor ved Novosibirsk State University, med SPASER - en plasmonisk nanokilde for optisk stråling. Det er en partikkel som måler 22 nanometer, det vil si hundrevis av ganger mindre enn en menneskelig celle. Takket være et spesielt belegg er SPASER-partikler i stand til å "finne" metastatiske kreftceller i blodet og ved å feste seg til dem, ødelegge dem. I følge Stockmans ekstremt optimistiske estimater kan de første enhetene av denne typen dukke opp i løpet av neste år.

– Hva skal ultrasensitive sensorer brukes til først og fremst?

For eksempel for merking av eksplosiver. For antiterroraktiviteter er det svært viktig å vite hvor dette eller det eksplosivet kom fra og finne kilden der det lekket. Over hele verden gjøres det store anstrengelser for å merke eksplosiver, for da er det ved å samle opp det som er igjen etter eksplosjonen mulig å forstå hvor stoffet er laget – ned til skiftet og tidspunktet. Og på en slik måte at fienden ikke kan forstå hva som legges til der. Og dette problemet løses enkelt: flere molekyler kommer inn i eksplosivet, som en sensor basert på fotonisk teknologi kan gjenkjenne.

En annen retning er narkotikamerking. Det er kjent at i enhver tablett er det en veldig liten mengde av det aktive stoffet, og hoveddelen består av fyllstoffet og skallet. Vi kan blande for eksempel fem fargestoffer i en viss andel, for så å fortynne dem til lave konsentrasjoner og dermed merke ekte tabletter gjennom en bestemt beleggsammensetning. For å skille dem fra forfalskninger, trenger du bare å legge tablettene på et spesielt underlag og se hvilket spektrum de avgir. Denne lovende retningen er i stor utvikling i verden.

I vårt laboratorium på Skoltech utvikler vi en sensor som kan bestemme nivået av kortisol, stresshormonet, i menneskeblod. Dette vil være en bærbar dings som overfører informasjon i sanntid. Kan du forestille deg hva en uvurderlig ting for mennesker hvis arbeid krever konstant konsentrasjon?

På slutten av 1960-tallet ble det snakket i verden om å lage kamplasere. Programmet vårt ble ledet av nobelprisvinneren Nikolai Basov. Under hans ledelse ble det laget en kamplaser som var i stand til å treffe et ballistisk missil. Hvilke områder innen fotonikk er av interesse for militæret?

Det jobbes selvfølgelig med kamplaser i alle land, men dette er ikke et tema som kan diskuteres. Mulige metamaterialer (dette er navnet gitt til materialer hvis egenskaper har blitt beriket gjennom nanoteknologi - "O") for kamuflasje blir mer aktivt diskutert i dag.

– Ja, bedrifter har gjentatte ganger uttalt at de er klare til å lage en usynlighetskappe, som i romanen til H.G.Wells.

Dette er en ekstremt populær trend i medieområdet. I Wells sin roman var usynlighet basert på prinsippet om gjennomsiktighet av materialet. Dette prinsippet, eller rettere sagt dets imitasjon, implementeres for tiden. Nå diskuteres for eksempel et prosjekt for å bygge et tårn, som fra tid til annen blir "gjennomsiktig", i Seoul. Byggets overflate vil bli opplyst med LED, og ​​en rekke kameraer plassert på fasadene vil sende et bilde av himmelen til overflaten i sanntid. Et fullt "aktivert" tårn skal bli usynlig mot himmelen. Riktignok er det ikke veldig klart hvordan problemer med luftfartssikkerhet vil bli løst, gitt at det er en flyplass ikke langt fra dette stedet.

En annen teknologi ble beskrevet i en science fiction-bok – «The Invisible Woman». Der er damen omgitt av et skall som forvrenger stråleforløpet.

Dette prinsippet implementeres ved hjelp av metamaterialer. Metamaterialer kan bøye lysstråler på en slik måte at gjenstanden som skjuler seg bak den blir usynlig. Men problemet er at dette bare er mulig med svært små gjenstander - i størrelsesorden en centimeter - og i et smalt område av spekteret.

I begge tilfeller er det for tidlig å snakke om reell usynlighet.

Fysikk i morgen

I det tjuende århundre ble utviklingen av et eller annet område av fysikk som regel bestemt av en politisk ordre. I et av de siste intervjuene hans sa akademiker Ginzburg at da amerikanerne slapp atombomben, økte lønnen hans 3 ganger... Hva, etter din mening, driver utviklingen av dette eller det fysikkfeltet i dag?

I løpet av de siste tiårene har ordre ikke blitt bestemt av politiske, men heller av industrielle behov. Tross alt, hvordan var det før? Noen oppdagelser ble gjort, noen fenomener ble studert, noen matematiske fakta ble avslørt, og etter ganske lang tid ble de nedfelt i applikasjoner. Nå er implementeringshastigheten slik at det bokstavelig talt går noen måneder fra oppdagelsen til teknologien dukker opp. All biofotonikk oppsto for rundt syv år siden, og i dag kan ikke et eneste stort senter for fotoniske teknologier klare seg uten et passende laboratorium.

Derfor, nå i Vesten, skifter utviklingen av fysiske disipliner fra fysikkavdelinger til ingeniøravdelinger. Det er der det i dag er bedre finansiering og det er en industriell orden. Samtidig synker bevilgningene til fysikkavdelingene. Dette er en generell trend som jeg ser i både Europa og USA.

– Betyr dette at det kommer en omfordeling av midler mellom grunn- og anvendt vitenskap?

Ganske mulig. Fremgang i grunnleggende vitenskap krever ofte svært store kapitalinvesteringer. Fundamental vitenskap blir veldig dyrt, så det er internasjonalt samarbeid og finansiell konsolidering. Dette er et vanlig fenomen. En gang hadde vi ved Landau-instituttet et slikt ståsted at bare uforståelige og ukjente fenomener er ekte fysikk. Og alt annet er en applikasjon. Så fra dette synspunktet vil dagens grunnleggende vitenskap være, la oss si, studiet av mørk materie og mørk energi.

I et av intervjuene dine sa du at kvaliteten på utdanningen for studenter ved fysikkavdelinger faller katastrofalt. Du underviser i USA og Russland. Gjelder dette begge land?

Nedgangen i interessen for vitenskap er et verdensomspennende problem. Det er godt synlig nesten overalt. Tilsynelatende bør menneskeheten tenke på dette, for før eller siden vil det føre til noen negative konsekvenser. Ja, jeg slår fast at kvaliteten på opplæringen for elever etter skoletid går ned. Det er mange grunner til dette, en av dem er ødeleggelsen av søkesystemet og påfølgende omsorg for talentfulle barn, spesielt fra provinsene.

I tillegg opplever det moderne russiske internatsystemet store vanskeligheter, fordi det bevilges midler til dem som til vanlige skoler. Akademiske institusjoner finner noen tredjeparts finansieringskilder, men dette er ikke deres profil. Staten må systematisk håndtere dette. I sovjettiden fungerte nettopp dette systemet, som Kina nå har lånt av oss, veldig bra.

I USA kopierte de på et tidspunkt det sovjetiske systemet med matematikkskoler, men jeg har ikke hørt om Kina ennå...

Når jeg snakker med kolleger i Kina, ser jeg mange kjente ting – det vi gikk gjennom på en gang. For eksempel ble det sovjetiske systemet med konkurranser og utvelgelse av de beste studentene kopiert dit. Dette er veldig nært meg, fordi det var slik jeg kom inn i vitenskapen. Min mor var lærer og abonnerte på Læreravisen, hvor oppgavene til Fysikk- og matematikk-olympiaden ble publisert. Jeg løste dem for alle klasser på en gang og sendte løsningene i posten. Dessuten ble oppgavene satt sammen av veldig kloke lærere, fordi de utjevnet forskjellen mellom spesialiserte skoler, som ga veldig god opplæring, og landlige skoler. Det ble med andre ord lagt vekt på intelligens, på ressurssterke, på mennesker med potensial. Nå i Russland er dette ikke tilfelle.

– Mange kaller det 20. århundre for kjernefysikkens århundre. Hvilket område av fysikk vil bli flaggskipet i det 21. århundre?

Det mest fantastiske området innen moderne fysikk, etter min mening, er vitenskapen om universet. Mørk materie og mørk energi er mystiske, fantastiske fenomener som har blitt oppdaget og som fortsatt venter på å bli forklart. Å studere og avdekke disse fenomenene vil føre til enorme fremskritt i vår forståelse av verdens struktur. Men fotonikk, som vi snakket om i dag, vil spille samme rolle i det 21. århundre som dampmaskinen på 1800-tallet eller elektronikk på 1900-tallet.

Beregn lys
Visittkort

Fysiker Ildar Gabitov kom til sin lidenskap for fotonikk gjennom matematiske formler. Nå jobber han i tre retninger samtidig - studerer lysets egenskaper, implementerer utviklingen i livet og lager programmer for utvikling av vitenskap

Ildar Gabitov er professor ved det matematiske fakultet ved University of Arizona (USA), direktør for Center for Photonics and Quantum Materials ved Skolkovo Institute of Science and Technology, og en ledende forsker ved Institute of Theoretical Physics. L.D. Landau RAS.

Han ble født i 1950 i familien til en lærer og en gruveingeniør. Han studerte ved Leningrad-universitetet ved fysikkavdelingen. Ved Institutt for matematisk fysikk var lærerne hans kjente professorer Olga Ladyzhenskaya og Vasily Babich. I noen tid jobbet han i en lukket institusjon nær Leningrad, i Sosnovy Bor. Deretter - ved Matematikkinstituttet i Bishkek. Derfra flyttet han til Landau Institute, til akademiker Vladimir Zakharov. Helt på begynnelsen av 1990-tallet flyttet han til Tyskland, og deretter til Los Alamos National Laboratory i USA, hvoretter han slo seg ned ved University of Arizona. Tilbringer mesteparten av året der.

Professor Gabitov er forfatter av over 100 vitenskapelige artikler om teoretisk og matematisk fysikk, ikke-lineær optikk, teori om integrerende systemer, fiberoptisk kommunikasjon, multiskala fenomener og nanomaterialer, nanofotonikk og nanoplasmonikk. Han er anerkjent som en ekspert av mange internasjonale fagforeninger, inkludert National Science Foundation (USA), Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada, US Civilian R&D Foundation (USA), Engineering and Physical Sciences Research Council (UK). Han er medlem av det akademiske rådet til Skolkovo Institute of Science and Technology. Han deltok i utarbeidelsen av "Interdepartementalt program for vitenskapelig forskning og utvikling innen fotonikk for perioden 2017-2020" av Utdannings- og vitenskapsdepartementet i Den russiske føderasjonen.

Den internasjonale industriutstillingen "Innoprom-2015" ble holdt i Jekaterinburg. I år har plenumsmøter og møter, internasjonale konferanser og ekspertpaneler dekket et bredt spekter av temaer og problemstillinger. Resultatet av denne kommunikasjonen var dusinvis av spesifikke avtaler og store kontrakter.

Fremtiden er fotonikk. En av de mest produktive var diskusjonen ved rundebordet "Fotonikk - drivkraften for innovativ utvikling av industri," der spørsmål om utviklingen av fotonikk i Russland og utsiktene for dens anvendelse i vitenskap og industri ble diskutert. Partnerne til arrangementet var industriledere: Shvabe, Laser Center og Skolkovo. Begrepet "fotonikk", dannet i analogi med ordet "elektronikk", oppsto for ikke så lenge siden, for 5–7 år siden. Russland inntar en prioritert plass i verden innen fotonikk. Ved opprinnelsen til denne retningen var fremragende forskere i landet vårt: akademikere Nikolai Basov, Alexander Prokhorov, Nikolai Vavilov. Den ledende posisjonen i fotonikmarkedet er nå okkupert av skolen til Valentin Pavlovich Gapontsev. Selskapet han leder, IPG Photonics, produserer 40 prosent av verdens fiberlasere.

"I Russland har vi hundrevis av bedrifter og organisasjoner involvert i fotonikk. De utfører vitenskapelig forskning og publiserer vitenskapelige artikler, produserer produkter som kan bestilles og kjøpes, og trener spesialisert personell, sier Ivan Kovsh, president i den russiske laserforeningen. – Dette inkluderer akademiske og industriinstitutter, universiteter, bedrifter, designbyråer, men generelt er området vårt små bedrifter. Omtrent 350 små bedrifter produserer 70 prosent av all sivil fotonikk i Russland, omtrent to tusen modeller - dette er optiske elementer, en slags strålingskilder og andre typer produkter."

En av de vesentlige oppgavene for næringen er ikke bare å skape, men også å fremme teknologi i praksis, og et svært kraftig verktøy for dette er regionale industrikompetansesentre. Nå brukes de over hele verden, og vi har også slik erfaring i landet vårt. For eksempel er det etablert fem russisk-tyske sentre i Russland de siste ti årene som en del av den russisk-tyske avtalen om vitenskapelig og teknisk samarbeid innen lasere og optiske teknologier. Tyskerne leverte det nyeste utstyret, sentrene opererer i fem byer, de er små, 5-8 personer hver. I løpet av ti år gikk 1,5 tusen bedrifter gjennom dem. Og hver tredje av dem i dag har blitt en bruker av laserteknologier i materialbehandling.

Hva er hovedtrendene i det globale markedet i dag? Det viktigste er den raske økningen i antall fotonikkteknologier og -teknikker som har rent økonomiske anvendelser. Økende produksjonsvolumer av fotonikkprodukter i de områdene der de allerede brukes aktivt, noe som er assosiert både med utvikling av teknologi og med utvikling av nye materialer og utstyr. Hovedområdene for utvikling i dag er produksjonsteknologier, siden avanserte land har tatt veien for reindustrialisering og aktivt krever ny teknologi. Effekten av laserfotonisk teknologi på innovasjon kan sees i dette eksemplet. I dag innen mikroelektronikk er det viktigste problemet reduksjonen av elementet - brikken. Den beste størrelsen så langt er 20 nanometer. Det er umulig å gjøre dette uten fotonikk. Denne prosessen bruker litografi, enten kortbølge- eller ionelitografi. Så, 1 million dollar brukt på litografi lar oss produsere sjetonger verdt 100 millioner dollar. Disse brikkene, som ikke kan lages annet enn med lasere, kan brukes for 1,5 milliarder dollar i sluttprodukter: datamaskiner, digitale kameraer, telefoner og så videre. Her er utsiktene for bruk av fotonikk: investerte 1 million dollar - fikk 1,5 milliarder som resultat!

Eller, la oss si, et så brennende emne som "fotonikk og medisin." I dag eldes verdens befolkning raskt, og mange nye sykdommer dukker opp. Helseproblemer kommer i forgrunnen. For eksempel bruker USA 1 billion 800 milliarder dollar i året på folkehelse, Tyskland – 225 milliarder euro. Dette er enorme tall. Ifølge japanske eksperter reduserer bare introduksjonen av fotonikkteknologier innen diagnostikk og behandling helsekostnader med 20 prosent. Det er rundt 400 milliarder dollar i året.

Et annet aspekt er lysteknologi, mer presist belysning ved hjelp av LED. 15 prosent av den globale strømproduksjonen brukes nå på belysning. Dette tallet vil sannsynligvis dobles i løpet av de neste 20 årene på grunn av den raske urbaniseringen av Asia, som medfører betydelige kostnader og forurensning fordi avfallet fra energiproduksjon er enormt. Den eneste utveien er å bruke lysdioder med høy effektivitet. Dette vil halvere energiforbruket. Som du vet, ble skaperne av LED tildelt Nobelprisen.

Interessant nok har det de siste årene vært en kraftig økning i Kinas rolle i utviklingen av fotonikk. Han gjorde denne retningen til en av prioriteringene i statlig politikk innen vitenskap og teknologi. Kina utvikler fotonikk med en hastighet på 25 prosent per år; på 15 år har det blitt opprettet 5000 bedrifter i denne industrien. Og i dag produserer kineserne mer fotonikk enn hele EU. USA, Kina og EU bruker veldig aktivt regjeringens innflytelse på utviklingen av fotonikk.

Les hele artikkelen i den nye utgaven av Rare Earths magazine.

Den russiske føderasjonens kommunikasjonsdepartement
Statens utdanningsinstitusjon for høyere utdanning
yrkesopplæring
"Volga State University of Telecommunications"
kation og informatikk"	Glusjtsjenko A.G., Zhukov S.V.
_________________________________	Grunnleggende om fotonikk. Forelesningsnotater. – Samara: GOUVPO
	PGUTI, 2009. – 100 s.
Institutt for fysikk
	(Disiplinabstrakt).
A.G. Glusjtsjenko, S.V. Zjukov
FORelesningsnotater
VED AKADEMISK DISIPLINER	Anmelder:
	Petrov P.P. – Ph.D., førsteamanuensis, førsteamanuensis ved instituttet “………..
GRUNNLEGGENDE OM FOTONIKK	» GOUVPO PGUTI
Studieretning: Fotonikk og optoinformatikk ()

Samara – 2009

	Navn
	del av disiplinen
	kilder til kontinuerlig	termiske kilder, gass
	og linjespesifikasjon-	utladningslamper, LED
		odes, laser gnist;
		hovedtyper av lasere
		(faststoff, gass,
		ionisk, halvleder
		høy, kontinuerlig og im-
	kilder til kraft-	puls, med justering
	leiestråling	strålingsfrekvenser og lengder
		pulsaktivitet), gen-
		harmoniske neratorer, SRS og
		SBS-omformere,
		spektralgeneratorer
		superkontinuum;
		fotokatoder og fotomultiplikatorer, semi-
	strålingsmottakere	ledningsmottakere,
		lysfølsom matte-
		rits, mikrobolometre;
		elektro-optisk og akustisk
		sto-optisk lys
	kontrollenheter	ventiler, væske
	karakterisering	krystallinsk og semi-
	sammenhengende pinner	leder transpa-
	ny bjelker:	welts, enheter basert på
		har fotobrytende medier,
		Faraday isolatorer;
		elektronstråle og
		flytende krystall
	skjermenheter	skjermer, laserprojektorer
	informasjon:	sjonssystemer, holo-
		grafiske skjermer, si-
		volumdannelsessystemer

	Navn
	del av disiplinen
		mye bilde;
		prinsipper for å lage mikro
		elektromekanisk
	mikroelektromekanikk-	enheter og fotolitografi
		fiya, optisk mikro-
	teknisk design	elektromekaniske elementer
		politi, bruk av mikro-
		elektromekanisk
		enheter;
		fiberkomponenter
	kontrollenheter	optiske linjer, modul-
		tori, multipleksere og
	leniya lys i op-
		demultipleksere, isolatorer
	hår	torer, koblinger, fordelere
	hestelysguider:
		sjåfører med fokus
		elementer;
		plan dielektrikum
	kontrollenheter	bølgeledere, ikke-lineære
		strålingsomformere
	leniya lys i in-	sjoner, kanalbølger
	integrert optikk:	ja, input/output-elementer
		stråling;
		optiske kretser, optiske
	kontrollenheter	ical transistor, mikro
	skinner lys på	brikke, optiske grenser
	basert på fotonikk	lesere, fotonisk
	krystaller:	krystallfibre

Introduksjon

Fotonikk er en vitenskap som studerer ulike former for stråling som skapes av lyspartikler, det vil si fotoner.

Definisjoner av begrepet

Interessant nok er det ingen generelt akseptert definisjon av begrepet "Fotonikk".

Fotonikk er vitenskapen om å generere, kontrollere og oppdage fotoner, spesielt i det synlige og nær-infrarøde spekteret, og deres forplantning til ultrafiolett (bølgelengde 10-380 nm), langbølget infrarødt (bølgelengde 15-150 µm) og ultra- infrarøde deler av spekteret (for eksempel 2-4 THz tilsvarer en bølgelengde på 75-150 mikron), hvor kvantekaskadelasere aktivt utvikles i dag.

Fotonikk kan også karakteriseres som et felt innen fysikk og teknologi opptatt av utslipp, deteksjon, oppførsel, konsekvenser av eksistensen og ødeleggelsen av fotoner. Dette betyr at fotonikk omhandler kontroll og konvertering av optiske signaler og har et bredt spekter av bruksområder: fra å overføre informasjon gjennom optiske fibre til å lage nye sensorer som modulerer lyssignaler i samsvar med de minste endringer i omgivelsene.

Noen kilder bemerker at begrepet "optikk" gradvis blir erstattet av et nytt generalisert navn - "fotonikk".

Fotonikk dekker et bredt spekter av optiske, elektro-optiske og optoelektroniske enheter og deres varierte bruksområder. Kjerneområder innen fotonikkforskning inkluderer fiber og integrert optikk, inkludert ikke-lineær optikk, halvlederfysikk og teknologi, halvlederlasere, optoelektroniske enheter og høyhastighets elektroniske enheter.

Tverrfaglige retninger

Takket være den høye globale vitenskapelige og tekniske aktiviteten og den enorme etterspørselen etter nye resultater

Nye tverrfaglige retninger dukker opp innen fotonikk:

Mikrobølgefotonikk studerer interaksjonen mellom et optisk signal og et høyfrekvent (større enn 1 GHz) elektrisk signal. Dette området inkluderer det grunnleggende om mikrobølgeoptikk, mikrobølgedrift av fotoniske enheter, fotonisk kontroll av mikrobølgeenheter, høyfrekvente overføringslinjer og bruk av fotonikk for å utføre ulike funksjoner i mikrobølgekretser.

Datafotonikk kombinerer moderne fysisk og kvanteoptikk, matematikk og datateknologi og er på et stadium av aktiv utvikling når det blir mulig å implementere nye ideer, metoder og teknologier.

Optoinformatikk er et felt innen vitenskap og teknologi knyttet til forskning, skapelse og drift av nye materialer, teknologier og enheter for overføring, mottak, prosessering, lagring og visning av informasjon basert på optiske teknologier.

Forholdet mellom fotonikk og andre vitenskapsfelt

Klassisk optikk. Fotonikk er nært beslektet med optikk. Optikk gikk imidlertid forut for oppdagelsen av kvantisering av lys (da den fotoelektriske effekten ble forklart av Albert Einstein i 1905). Optikkens verktøy er den refraktive linsen, det reflekterende speilet og ulike optiske sammenstillinger, som var kjent lenge før 1900. I dette tilfellet er nøkkelprinsippene for klassisk optikk, som Huygens regel, Maxwells ligninger og justering av lys bølger er ikke avhengig av lysets kvanteegenskaper, og brukes både i optikk og fotonikk.

Moderne optikk Begrepet "Fotonikk" i dette feltet er omtrent synonymt med begrepene "kvanteoptikk", "kvanteelektronikk", "elektro-optikk" og "optoelektronikk". Hvert begrep brukes imidlertid av forskjellige vitenskapelige samfunn med forskjellige tilleggsbetydninger: for eksempel betegner begrepet "kvanteoptikk" ofte grunnforskning, mens begrepet "Fotonikk" ofte betegner anvendt forskning.

Begrepet "Fotonikk" innen moderne optikk refererer oftest til:

Spesielle egenskaper til lys Mulighet for å lage fotoniske prosesseringsteknologier

signaler Analogi med begrepet "elektronikk".

Fotonikens historie

Fotonikk som vitenskapsfelt begynte i 1960 med oppfinnelsen av laseren, samt oppfinnelsen av laserdioden på 1970-tallet, etterfulgt av utviklingen av fiberoptiske kommunikasjonssystemer som et middel for å overføre informasjon ved hjelp av lysbaserte teknikker. Disse oppfinnelsene dannet grunnlaget for telekommunikasjonsrevolusjonen på slutten av 1900-tallet og bidro til utviklingen av Internett.

Historisk sett er begynnelsen på bruken av begrepet "fotonikk" i det vitenskapelige samfunnet assosiert med utgivelsen i 1967 av akademiker A. N. Terenins bok "Photonics of Dye Molecules." Tre år tidligere, på hans initiativ, ble Institutt for biomolekylær og fotonfysikk opprettet ved Fakultetet for fysikk ved Leningrad State University, som siden 1970 har blitt kalt Institutt for fotonikk.

A. N. Terenin definerte fotonikk som "et sett med innbyrdes beslektede fotofysiske og fotokjemiske prosesser." I verdensvitenskapen har en senere og bredere definisjon av fotonikk blitt utbredt, som en gren av vitenskapen som studerer systemer der fotoner er informasjonsbærere. I denne forstand ble begrepet "fotonikk" først hørt på den niende internasjonale kongressen om hastighetsfotografering.

Begrepet "Photonics" begynte å bli mye brukt på 1980-tallet i forbindelse med den utbredte bruken av fiberoptisk overføring av elektroniske data fraandører (selv om fiberoptikk hadde blitt brukt i begrenset bruk tidligere). Bruken av begrepet ble bekreftet da IEEE-fellesskapet installerte en arkivert rapport

Med tittel "Photonics Technology Letters" på slutten 1980-tallet

I I løpet av denne perioden frem til omtrent 2001 var fotonikk som vitenskapsfelt sterkt fokusert på telekommunikasjon. Siden 2001 begrepet

Fotonikk dekker også et stort område innen vitenskap og teknologi, inkludert:

laserproduksjon, biologisk og kjemisk forskning, medisinsk diagnostikk og terapi, display- og projeksjonsteknologi, optisk databehandling.

Optoinformatikk

Optoinformatikk er et felt innen fotonikk der nye teknologier for overføring, mottak, prosessering, lagring og visning av informasjon basert på fotoner skapes. I hovedsak er det moderne Internett utenkelig uten optoinformatikk.

Lovende eksempler på optoinformatikksystemer inkluderer:

Optiske telekommunikasjonssystemer med dataoverføringshastigheter på opptil 40 terabit per sekund over én kanal;

optiske holografiske lagringsenheter med ultrahøy kapasitet opptil 1,5 terabyte per disk i standardstørrelser;

multiprosessordatamaskiner med optisk interprosessorkommunikasjon;

en optisk datamaskin der lys styres av lys. Den maksimale klokkefrekvensen til en slik datamaskin kan være 1012-1014 Hz, som er 3-5 størrelsesordener høyere enn eksisterende elektroniske analoger;

fotoniske krystaller er nye kunstige krystaller med gigantisk spredning og rekordlave optiske tap (0,001 dB/km).

Forelesning 1 Tema 1. Fotonikkens historie. Problem

Vi er elektroniske datamaskiner.

Avsnitt 1.1. Fotonikkens historie.

Bruken av lys for å overføre informasjon har en lang historie. Sjømenn brukte signallamper for å overføre informasjon ved hjelp av morsekode, og fyrtårn advarte sjømenn om fare i århundrer.

Cloud Chappe bygde en optisk telegraf i Frankrike på 1890-tallet. Signalmennene var plassert på tårn plassert fra Paris til Lille langs en 230 km lang kjede. Meldinger ble overført fra den ene enden til den andre på 15 minutter. I USA koblet en optisk telegraf Boston med øya Martha's Vineyard, som ligger i nærheten av byen. Alle disse systemene ble etter hvert erstattet av elektriske telegrafer.

Den engelske fysikeren John Tyndall demonstrerte i 1870 muligheten for å kontrollere lys basert på indre refleksjoner. På et møte i Royal Society ble det vist at lys som forplanter seg i en strøm av renset vann kan bøye seg rundt alle vinkler. I eksperimentet strømmet vann over den horisontale bunnen av en grøft og falt langs en parabolsk bane ned i en annen grøft. Lyset kom inn i vannstrømmen gjennom et gjennomsiktig vindu i bunnen av den første grøften. Da Tindall rettet lyset tangentielt til strålen, kunne publikum observere sikksakkspredningen av lys innenfor den buede delen av strålen. En lignende sikksakk-fordeling

Lysdiffusjon forekommer også i optisk fiber.

Et tiår senere patenterte Alexander Graham Bell en fotofon (fig.), der en retningsbestemt

Ved hjelp av et system av linser og speil ble lyset rettet mot et flatt speil montert på et horn. Under påvirkning av lyd svingte speilet, noe som førte til modulering av det reflekterte lyset. Mottaksenheten brukte en selenbasert detektor, hvis elektriske motstand varierer avhengig av intensiteten til det innfallende lyset. Stemmemodulert sollys som falt på en selenprøve endret strømmen som strømmet gjennom mottakerkretsen og produserte stemmen. Denne enheten gjorde det mulig å overføre et talesignal over en avstand på mer enn 200 m.

I På begynnelsen av 1900-tallet ble det utført teoretiske og eksperimentelle studier av dielektriske bølgeledere, inkludert fleksible glassstaver.

På 50-tallet ble fibre designet for bildeoverføring utviklet av Brian O'Brien, som jobbet i American Optical Company, og Narinder Kapani og kolleger ved Imperial College of Science and Technology i London. Disse fibrene fant anvendelse i lysledere brukt i medisin for visuell observasjon av menneskelige indre organer. Dr. Capani var den første som utviklet glassfibre i et glassskall og laget begrepet "fiberoptikk" i 1956. I 1973 grunnla Dr. Capani Kaptron, et selskap som spesialiserer seg på fiberoptiske splittere og brytere.

I I 1957 formulerte Gordon Gold, utdannet ved Columbia University, prinsippene for laseren som en intens lyskilde. Det teoretiske arbeidet til Charles Townes med Arthur Schawlow ved Bell Laboratories bidro til å popularisere ideen om en laser i vitenskapelige sirkler og utløste en eksplosjon av eksperimentell forskning rettet mot å lage en fungerende laser. I 1960 skapte Theodore Mayman ved Hughes Laboratories verdens første rubinlaser. Samme år demonstrerte Townes arbeidet sitt helium-neon laser. I 1962 ble lasergenerering oppnådd på en halvlederkrystall. Dette er den typen laser som brukes i fiberoptikk. Gold, med stor forsinkelse, først i 1988, klarte å få fire

nye patenter basert på resultatene av arbeid han utførte på 50-tallet	Den amerikanske marinen har introdusert fiber
år og viet til prinsippet om laserdrift.	optisk kobling ombord på USS Little Rock i 1973. I
Bruk av laserstråling som informasjonsbærer	1976, som en del av ALOFT-programmet, Air Force
kommunikasjon ble ikke ignorert av kommunikasjonsspesialister	byttet ut kabelutstyret til A-7-flyet med fiber
nikasjon. Muligheter for laserstråling for overføring av informasjon	optisk Samtidig er kabelsystemet på 302 kobberkabler
formasjoner er 10 000 ganger større enn radiofrekvensenes evner	lei, som hadde en total lengde på 1260 m og veide 40
stråling. Til tross for dette er ikke laserstråling fullstendig	kg, ble erstattet av 12 fibre med en total lengde på 76 m og en vekt på 1,7
Egnet for utendørs signaloverføring. Å jobbe	kg. Forsvaret var også de første som introduserte fiber
Denne typen linjer er betydelig påvirket av tåke, smog og regn,	optisk linje. I 1977 ble et 2 km system lansert med
samt tilstanden til atmosfæren. Mye mer enn en laserstråle	informasjonsoverføringshastighet 20 Mb/sek (megabit per sekund)
det er lettere å overvinne avstanden mellom jorden og månen enn mellom	du), kobler satellittbakkestasjonen med senteret
fra de motsatte grensene til Manhattan. Dermed,	ledelse.
opprinnelig var laseren en kommunikasjon	I 1977 etablerte AT&T og GTE kommersielle
en lyskilde som ikke har et egnet overføringsmedium.	iske telefonsystemer basert på optisk fiber.
I 1966, Charles Kao og Charles Hockham, som jobbet på	Disse systemene overgikk de som ble vurdert i sine egenskaper.
English Telecommunications Standards Laboratory,	tidligere urokkelige ytelsesstandarder, som førte til
	førte til deres raske spredning på slutten av 70-tallet og begynnelsen av 80-tallet
bruke som overføringsmedium for å oppnå åpenhet,	år. I 1980 annonserte AT&T et ambisiøst hårtrådprosjekt.
gir demping (bestemmer overføringstap	hesteoptiske system som forbinder Boston og
signal) mindre enn 20 dB/km (desibel per kilometer). De kom til	Richmond. Gjennomføringen av prosjektet har demonstrert hurtigheten på første hånd
konklusjon at det høye nivået av dempning som ligger i den første	vekstkvaliteter av ny teknologi i seriell høyhastighet
fibre (ca. 1000 dB/km), assosiert med de som finnes i glasset	systemer, og ikke bare i eksperimentelle oppsett. Av-
urenheter. Måten å skape passer for de	Etter dette ble det klart at det i fremtiden må legges vekt på hår.
fiberkommunikasjon forbundet med en nedgang i nivået	hesteoptisk teknologi, som har vist muligheten for buss-
urenheter i glass.	bred praktisk anvendelse.
I 1970, Robert Maurer og hans kolleger fra	Etter hvert som teknologien utvikler seg, utvides den like raskt
Corning Glass Works mottok den første fiberen med demping av meg-	elg og produksjonen ble sterkere. Allerede i 1983, en
det er 20 dB/km. I 1972, under laboratorieforhold, ble det oppnådd	modal fiberoptisk kabel, men dens praktiske bruk
nivået var 4 dB/km, som tilsvarte Kao-kriteriet og	bruk var forbundet med mange problemer, så
Hockham. Foreløpig har de beste fibrene et nivå	i mange år for å fullt ut bruke slike kabler
tap på 0,2 dB/km.	lyktes bare i noen spesialiserte utviklinger.
Ikke mindre betydelig suksess har blitt oppnådd innen semi-	I 1985 ble de viktigste dataoverføringsorganisasjonene på
ledende kilder og detektorer, koblinger, tekno-	lange avstander, AT&T og Moskva-regionen har ikke bare implementert
overføringsteknologi, kommunikasjonsteori og annet relatert	enten single-mode optiske systemer, men også godkjent dem som
fiberoptiske områder. Alt dette sammen med stor interesse	standard for fremtidige prosjekter.
som å dra nytte av de åpenbare fordelene med fiberoptikk	Til tross for at dataindustrien, teknologi
tics forårsaket betydelig	Teknologien til datanettverk og produksjonsstyring er ikke slik
fremskritt mot etableringen av fiberoptiske systemer.	raskt, som militæret og teleselskapene, tok

fiberoptikk ble tatt i bruk, men i disse områdene ble det også utført eksperimentelt arbeid med forskning og implementering av ny teknologi. Fremkomsten av informasjonsalderen og det resulterende behovet for mer produktive telekommunikasjonssystemer har bare ansporet den videre utviklingen av fiberoptisk teknologi. I dag er denne teknologien mye brukt utenfor telekommunikasjonsfeltet.

For eksempel kunngjorde IBM, en leder innen produksjon av datamaskiner, i 1990 utgivelsen av en ny høyhastighets datamaskin som bruker en kommunikasjonslinkkontroller med ekstern disk og båndstasjoner basert på fiberoptikk. Dette markerte den første bruken av fiberoptikk i masseprodusert utstyr. Introduksjonen av en fiberkontroller, kalt ESCON, gjorde det mulig å overføre informasjon i høyere hastigheter og over lengre avstander. Den forrige kobberkontrollermodellen hadde en dataoverføringshastighet på 4,5 Mbps med en maksimal overføringslinjelengde på 400 fot. Den nye kontrolleren opererer med 10 Mbps over avstander på flere miles.

I 1990 demonstrerte Lynn Mollinar evnen til å sende et signal uten regenerering med en hastighet på 2,5 Gb/sek over en avstand på rundt 7500 km. Vanligvis må et fiberoptisk signal forsterkes og omformes med jevne mellomrom - omtrent hver 25. km. Under overføring mister det fiberoptiske signalet kraften og blir forvrengt. I Mollinards system opererte laseren i soliton-modus og brukte en selvforsterkende fiber med erbium-tilsetningsstoffer. Soliton-pulser (svært smalt område) forsvinner ikke og beholder sin opprinnelige form når de beveger seg langs fiberen. Samtidig oppnådde det japanske selskapet Nippon Telephone & Telegraph en hastighet på 20 Gb/sek, dog over en betydelig kortere distanse. Verdien av soliton-teknologi ligger i den grunnleggende muligheten for å legge et fiberoptisk telefonsystem langs bunnen av Stillehavet eller Atlanterhavet, som ikke krever installasjon av mellomforsterkere. Imidlertid med

Siden 1992 har soliton-teknologien fortsatt på nivå med laboratoriedemonstrasjoner og har ennå ikke funnet kommersiell anvendelse.

Informasjonsalder Fire prosesser knyttet til manipulering av informasjon

dannelse, basert på bruk av elektronikk: 1.Sbrr

2. Oppbevaring

3. Bearbeiding og analyse

4. Overføring

For å implementere disse prosessene brukes ganske moderne utstyr: datamaskiner, elektroniske kontorer, omfattende telefonnettverk, satellitter, TV, etc. Når du ser deg rundt, kan du finne mange bevis på at en ny æra kommer. Den årlige økningen i tjenester i informasjonsbransjen er nå om lag 15 %.

Nedenfor er fakta som viser viktigheten

Og utsiktene til elektronikk i det moderne liv.

I I USA i 1988 var det 165 millioner telefoner, mens det var i I 1950 var det bare 39 millioner. I tillegg har tjenestene som tilbys av telefonselskaper blitt mye mer mangfoldige.

Fra 1950 til 1981 økte telefonsystemets ledningslengder fra 147 millioner miles til 1,1 milliarder.

I I 1990 var den totale lengden på optisk fiber i amerikanske telefonsystemer omtrent 5 millioner miles. Innen 2000 vil den øke til 15 millioner miles. I dette tilfellet tilsvarer egenskapene til hver fiber egenskapene til flere kobberkabler.

I I 1989 ble det solgt rundt 10 millioner personlige datamaskiner i USA. Tilbake i 1976 fantes det ingen personlige datamaskiner i det hele tatt. Nå er dette et vanlig utstyrselement i enhver kontor- og industriproduksjon.

I For tiden, i USA, er tilgang til tusenvis av datadatabaser tilgjengelig gjennom en personlig datamaskin og et vanlig telefonnettverk.

Faksmeldinger (fakser) har blitt dominerende i forretningskorrespondanse.

Første fiberoptiske telefonsystem	Telekommunikasjon og datamaskiner
kabel, installert i 1977, gjorde det mulig å overføre informasjon	Inntil nylig var det et klart skille mellom
formasjon med en hastighet på 44,7 Mb/sek og forhandle	forskjell på det som var en del av telefonsystemet og
samtidig på 672 kanaler. I dag er Sonet-systemet	de som er relatert til datasystemet. For eksempel TV
som er et standardsystem innen optisk telefoni, tillater	bakgrunnsbedrifter ble forbudt å delta i datamarkedet
overføre informasjon med en maksimal hastighet på 10 Gb/sek,	torneteknologi. I dag er forbudet formelt gjeldende,
som er omtrent 200 ganger større enn egenskapene til den første optiske	men effekten er betydelig svekket. Datamaskiner
chesical system. Oppnåelse og standardisering forventes	kan nå overføre data over telefonlinjer, og de
betydelig høyere hastigheter, som ennå ikke er tilgjengelige
oss på moderne elektroniske komponenter.	datamaskin) signal før overføring. telefon og kom-
Alle eksemplene ovenfor involverer bruk av	Dataselskaper konkurrerer i økende grad på informasjonsmarkedet.
informasjonskilder og måter å kombinere dem på. Under informasjonen	matasjonsteknologier.
her kan forstås som innholdet i en telefonsamtale	Årsakene som førte til svekkelsen av dette forbudet er:
en tyv med en venn, eller et hvilket som helst prosjekt. Informasjonsoverføringsmedier	klar. Utviklingen av elektronisk teknologi innebærer tett
overføringer fra et sted til et annet er viktig fra et besittelsessynspunkt	samspillet mellom dens ulike retninger. Forskjell mellom
fullt volum av informasjon hvor som helst i landet. Som	data- og telefonteknologien har svekket seg enda mer i
Et eksempel på informasjonsoverføring kan gis som TV	1982 etter sammenbruddet av AT&T, det største selskapet
bakgrunnssamtale med abonnenten i den andre enden	deler på global skala. Informasjonsnettverket er i ferd med å bli
land, og samtalen mellom nabokontorene, skilt	et enkelt system. Det er nå stadig vanskeligere å avgjøre for hva
et par dører. Telefonselskaper bruker i økende grad	telefonselskaper er ansvarlige for en del av nettverket, hvilken del av nettverket
bruke de samme digitale teknologiene for overføring	tilhører dataselskaper, og som er lokalisert i
	huseiers eiendom.
sikkert, men fra synspunktet til digitale teknologier for overføring av informasjon	Utviklingen av kabelnettverket i USA, sammen med inkluderingen
	overføring av datadata til omfanget av tjenestene som tilbys
	telefonselskaper er det beste beviset
digitale pulser eller tall, hvis type samsvarer nøyaktig	fordeler knyttet til fremkomsten av informasjonsalderen.
tilsvarer datadata. Denne typen transformasjon	Tidligere ga telefonselskaper toveiskommunikasjon
digitalt lydsignal lar telefonselskaper	mellom abonnenter, kalt POTS (Plain Old Telephone Ser-
bedre overføre samtalen med mindre forvrengning. I de fleste	laster - vanlige gamle telefontjenester). For tiden
De fleste nye telefonsystemer bruker digitalt	Mange andre tjenester har dukket opp, for eksempel automatisk
teknologi. I 1984, ca 34% av sentrale telefonlinjer	Kinesisk oppringning, telefonsvarer osv. (disse tjenestene kalles PANS
stasjoner brukte digitalt overføringsutstyr. TIL	Ganske fantastiske nye tjenester - rett og slett utrolig nytt
I 1994 økte denne verdien til 82 %. Fiberoptikk	tjenester). Telefonselskaper er fokusert på å skape integrerte
eksepsjonelt praktisk for digital telekommunikasjon. Av-	Integrerte tjenester digitalt nettverk,
økende krav til effektivitet, pålitelighet, hastighet og	ISDN), beregnet for overføring over statens telefonnettverk
økonomisk dataoverføring sikres av egenskapene	los, data og videobilder. Nettverk av denne typen er representert
kami av fiberoptiske systemer.	gjøre det mulig å overføre alle typer informasjon til
	hvor som helst og når som helst.

Fiberoptisk alternativ

Det globale nettverket som er omtalt i dette kapittelet krever et effektivt medium for informasjonsoverføring. Tradisjonelle teknologier basert på bruk av kobberkabel eller mikrobølgeoverføring har ulemper og er betydelig dårligere i ytelse enn fiberoptikk. For eksempel har kobberkabler en begrenset overføringshastighet og er utsatt for eksterne felt. Mikrobølgeoverføring, selv om det kan gi en ganske høy hastighet på informasjonsoverføring, krever bruk av dyrt utstyr og er begrenset av siktlinje. Fiberoptikk kan overføre informasjon med betydelig høyere hastigheter enn kobberkabler og er mye rimeligere og mindre restriktiv enn mikrobølgeteknologi. Mulighetene for fiberoptikk begynner så vidt å bli realisert. Allerede nå er fiberoptiske linjer overlegne i sine egenskaper til sine motparter basert på kobberkabel, og det må tas i betraktning at de teknologiske egenskapene til kobberkabler har mindre utviklingspotensial enn den fiberoptiske teknologien som begynner å utvikle seg. Fiberoptikk lover å bli en integrert del av informasjonsrevolusjonen, så vel som en del av det verdensomspennende kabelnettverket.

Fiberoptikk vil påvirke alles liv, noen ganger nesten ubemerket. Her er noen eksempler på fiberoptikks ubemerkede inntreden i livene våre:

tilgang til hjemmet ditt via kabel; koble elektronisk utstyr på kontoret ditt med

utstyr på andre kontorer; koble til elektroniske komponenter i bilen din;

industriell prosessledelse.

Fiberoptikk er en ny teknologi som nettopp har begynt sin utvikling, men behovet for bruk som overføringsmedium for ulike applikasjoner er allerede bevist.

dachas, og egenskapene til fiberoptikk vil utvide omfanget av bruken betydelig i fremtiden.

1.2. Problemer med elektroniske datamaskiner.

De første masseproduserte stormaskinen med transistorer ble utgitt i 1958 samtidig i USA, Tyskland og Japan. I Sovjetunionen ble de første lampeløse maskinene "Setun", "Razdan" og "Razdan 2" opprettet i 1959-1961. På 60-tallet utviklet sovjetiske designere rundt 30 modeller av transistordatamaskiner, hvorav de fleste begynte å bli masseprodusert. Den kraftigste av dem, Minsk 32, utførte 65 tusen operasjoner per sekund. Hele familier av kjøretøy dukket opp: "Ural", "Minsk", BESM. Rekordholderen blant andregenerasjons datamaskiner var BESM 6, som hadde en hastighet på rundt en million operasjoner per sekund – en av de mest produktive i verden.

Prioritet i oppfinnelsen av integrerte kretser, som ble den grunnleggende basen til tredjegenerasjons datamaskiner, tilhører de amerikanske forskerne D. Kilby og R. Noyce, som gjorde denne oppdagelsen uavhengig av hverandre. Masseproduksjon av integrerte kretser startet i 1962

år, og i 1964 begynte overgangen fra diskrete til integrerte elementer å finne sted raskt. ENIAC nevnt ovenfor som målte 9x15 meter i 1971 kunne settes sammen på en plate på 1,5 kvadratcentimeter. I 1964 kunngjorde IBM opprettelsen av seks modeller av IBM-familien (System 360), som ble de første datamaskinene i tredje generasjon. Modellene hadde et enkelt kommandosystem og skilte seg fra hverandre i mengden RAM og ytelse.

Begynnelsen av 70-tallet markerer overgangen til fjerde generasjons datamaskiner - på ultrastore integrerte kretser

(VLSI). Et annet tegn på en ny generasjon datamaskiner er dramatiske endringer i arkitekturen.

Fjerde generasjons teknologi fødte et kvalitativt nytt dataelement - en mikroprosessor eller brikke (fra det engelske ordet chip). I 1971 kom de på ideen om å begrense egenskapene til prosessoren ved å introdusere et lite sett med operasjoner i den, hvis mikroprogrammer må legges inn i permanent minne på forhånd. Estimater har vist at bruk av et 16-kilobit skrivebeskyttet minne vil eliminere 100-200 konvensjonelle integrerte kretser. Dette er hvordan ideen om en mikroprosessor oppsto, som kan implementeres selv på en enkelt brikke, og programmet kan lagres i minnet for alltid.

På midten av 70-tallet begynte situasjonen i datamarkedet å endre seg dramatisk og uventet. To konsepter for utvikling av datamaskiner dukket tydelig opp. Det første konseptet ble nedfelt i superdatamaskiner, og det andre i personlige datamaskiner. Av de store fjerdegenerasjons datamaskinene basert på ultrastore integrerte kretser skilte de amerikanske maskinene «Krey-1» og «Krey-2» seg ut, samt de sovjetiske modellene «Elbrus-1» og «Elbrus-2». spesielt godt. De første prøvene deres dukket opp rundt omkring

på samme tid - i 1976. Alle tilhører kategorien superdatamaskiner, siden de har egenskapene som er ekstremt oppnåelige for sin tid og er svært dyre. På begynnelsen av 1980-tallet, personlig produktivitet

datamaskiner utgjorde hundretusenvis av operasjoner per sekund, ytelsen til superdatamaskiner nådde hundrevis av millioner operasjoner per sekund, og verdens dataflåte oversteg 100 millioner.

Gordon Moores nå berømte artikkel ble publisert

"Overløp av antall elementer på integrerte kretser"

("Cramming more components onto integrerte kretser"), der daværende utviklingsdirektør i Fairchild Semiconductors og fremtidig medgründer av Intel Corporation ga en prognose for utviklingen av mikroelektronikk for de neste ti årene, og spådde at antall elementer på brikkene til elektroniske kretser vil fortsette å dobles hvert år. Senere, da han snakket til et publikum på International Electron Devices Meeting i 1975, bemerket Gaudron Moore at antallet elementer på brikker faktisk hadde doblet seg hvert år i løpet av det siste tiåret, men i fremtiden, ettersom kompleksiteten til brikker økte, vil antallet transistorer på brikker vil dobles hvert annet år. Denne nye spådommen gikk også i oppfyllelse, og Moores lov fortsetter i denne formen (dobling på to år) til i dag, noe som tydelig kan sees av følgende tabell (fig. 1.4.) og grafen

Å dømme etter det siste teknologiske spranget som Intel klarte å ta det siste året, forberede dual-core prosessorer med dobbelt antall transistorer på brikken, og i tilfelle overgangen fra Madison til Montecito, firedobling av dette tallet, deretter Moores lov går tilbake, om enn for kort tid, til sin opprinnelige form - doble antall elementer på brikken per år. Man kan vurdere konsekvensen av loven for klokkehastigheten til mikroprosessorer, selv om Gordon Moore gjentatte ganger har hevdet at loven hans kun gjelder antall transistorer på brikken og reflekterer

Salgsvolum av sivile fotonikprodukter produsert i Russland, milliarder rubler. i år

Salgsvolum av sivile fotonikkprodukter produsert i Russland (hjemmemarked/eksport) (milliarder rubler per år)

Etter ordre fra regjeringen i den russiske føderasjonen av 24. juli 2013 nr. 1305-r Handlingsplanen («veikart») «Utvikling av optoelektroniske teknologier (fotonikk)» ble godkjent

Etter ordre fra det russiske industri- og handelsdepartementet datert 27. oktober 2016 nr. 3385 Det er gjort endringer i sammensetningen av fotonikkarbeidsgruppen for å koordinere aktiviteter for utvikling av industrien innenfor rammen av statlige programmer og programmer for innovativ utvikling av statlige selskaper. selskaper med statlig deltakelse og programmer for Photonics-teknologiplattformen, godkjent etter ordre fra Russlands industri- og handelsdepartementet datert 29. november 2013 nr. 1911

Republikken Mordovia 18. februar 2008 ble aksjeselskapet "Optical Fiber Systems" (heretter kalt JSC OVS) registrert. Investorene i selskapet er OJSC RUSNANO, LLC GPB - High Technologies, Republic of Mordovia.

Hovedmålet til JSC OVS er gjennomføringen av prosjektet for å skape det første produksjonsanlegget for optisk fiber i Russland. Byggingen og lanseringen av anlegget utføres av JSC OVS i samarbeid med Rosendahl Nextrom (Finland). Rosendahl Nextrom leverer utstyr til prosjektet og overfører produksjonsteknologi, inkludert patenter og know-how, samt opplæring og praksisplass av personell.
Prosjektet sørger for industriell produksjon av telekommunikasjon og teknisk optisk fiber, introduksjon av de siste prestasjonene i opprettelsen av nanostrukturer i optisk fiber og bruk av nanoteknologi for å forbedre egenskapene til fiberen. Optisk fiber er et nøkkelråmateriale for produksjon av fiberoptiske kommunikasjonskabler som brukes til bygging av faste optiske kommunikasjonsnettverk.
JSC OVS-anlegget har i sin nåværende konfigurasjon en produksjonskapasitet på 2,4 millioner km optisk fiber per år, noe som vil dekke 40-50 % av behovet til russiske kabelanlegg for optisk fiber og 100 % tilfredsstille behovet til innenlandske kabelanlegg for optisk fiber til produksjonsformål kabelprodukter som selges gjennom det offentlige anskaffelsessystemet. Det er mulig å skalere produksjonen opp til 4,5 millioner km per år (70-100 % av dagens markedsvolum) på samme produksjonssted ved å oppgradere prosessutstyr.
Organiseringen av masseproduksjon av optiske fibre vil ikke bare gi 14 russiske fabrikker for produksjon av optiske kabler med innenlandske råvarer, men også organisere eksporten av fiber til CIS-landene og langt i utlandet.
Åpningen av anlegget fant sted 25. september 2015. Den offisielle lanseringsseremonien ble deltatt av visestatsminister i den russiske føderasjonen Arkady Dvorkovich, sjef for republikken Mordovia Vladimir Volkov og styreleder for RUSNANO Anatoly Chubais.
Frem til oktober 2016 gjennomførte anlegget testing og sertifisering av optisk fiber, inkludert med PJSC Rostelecom, som bekreftet kvaliteten på innenlandsk optisk fiber. 15. oktober 2016 startet industriell produksjon av JSC OVS-produkter.

Kaluga-regionen. I Obninsk, innenfor rammen av et internasjonalt (Russland-Tyskland) prosjekt, ble det opprettet et regionalt laserinnovasjons- og teknologisenter - et senter for kollektiv bruk (Kaluga LITC-TsKP). Oppdraget til senteret er å fremme promotering av laserteknologi og utstyr i industrien i regionen. For å oppnå dette driver senteret konsulentvirksomhet, demonstrerer moderne laserutstyr og gjennomfører opplæring og opplæring av personell. Kaluga LITC-TsKP er en del av den regionale innovasjonsstrukturen og nyter støtte fra den regionale regjeringen i form av subsidier, samt invitasjoner til å delta i markedsføringskampanjer i form av forretningsoppdrag.

Perm-regionen. Prosjektet "Opprettelse av en høyteknologisk produksjon av fotoniske integrerte kretser for produksjon av navigasjonsinstrumenter" (JSC "Perm Research and Production Instrument-Making Company"), med støtte fra regjeringen i Perm-territoriet, mottok et tilskudd fra departementet av utdanning og vitenskap i Russland i beløpet 160 millioner rubler.

Perm-regionen. Prosjektet "Opprette produksjon av optisk kabel innebygd i en jordledning" (Inkab LLC), med støtte fra regjeringen i Perm-territoriet, ble inkludert av Russlands industri- og handelsdepartementet i listen over prioriterte omfattende investeringsprosjekter som mottar subsidier for å kompensere for renter betalt på lån tatt fra russiske kredittorganisasjoner, er det estimerte beløpet for tilskuddet nær 100 millioner rubler.

Perm-regionen. I følge resultatene av den regionale konkurransen under programmet til Umnik Innovation Promotion Foundation, mottok unge forskere fra Photonics-klyngen, organisert av stiftelsens regionale representasjonskontor med støtte fra regjeringen til PC-en i 2014, to tilskudd på til sammen 800 tusen rubler.:

• «Utvikling av et ombord fiberoptisk måle- og kommunikasjonssystem.
• "Utvikling av et integrert optisk gyroskop basert på "hviskende gallerimodus"-effekten;

Samara-regionen. Utviklingen av den viktigste grunnleggende og anvendte forskningen og utviklingen innen feltet utføres i prioriterte områder innen laserteknologiutvikling:

• grunnleggende forskning innen laserteknologi: SF IRE RAS, Scientific and Educational Institute of Optics and Biophotonics SSU oppkalt etter. N.G. Chernyshevsky, NPP Inzhekt LLC;
• anvendt forskning innen laserteknologi: Scientific and Educational Institute of Optics and Biophotonics SSU oppkalt etter. N.G. Chernyshevsky, FSUE "NPP "Almaz", forsknings- og produksjonsselskapet "Pribor-T" SSTU, CJSC "Kantegir", JSC "TsNIIIIA", NPF "Piezon", Research Institute of Sign-Synthesizing Electronics "Volga", LLC NPP "Inzhekt ", LLC " Nanostrukturert glassteknologi", LLC "Erbiy" og andre;
• utvikling av materiell og teknisk base og infrastruktur for laserteknologi: LLC NPP "Inzhekt", NPF "Pribor-T" SSTU, JSC "Kantegir";
• opplæring innen laserteknologi: Scientific and Educational Institute of Optics and Biophotonics SSU oppkalt etter. N.G. Chernyshevsky, NPF "Pribor-T" SSTU og andre.