Бежична комуникација са брзином од десетина терабита у секунди, обрада података са брзином од десетина гигабита у секунди, холограми који стварају тродимензионалне слике „у ваздуху“ — то су само најнепосреднији циљеви савремене фотонике. Научници са Националног истраживачког нуклеарног универзитета „МИФИ“ говорили су за РИА Новости о напредном руском пројекту који убрзава развој ове области.
Када ће електроника на коју сму навикли постати застарела?
Фотоника је грана науке и технологије која се бави процесима предаје светлосних сигнала, њиховом регистрацијом и променама својстава. Технологија заснована на фотоници није само уобичајена оптичка комуникација и ласерски дискови, већ и многи други обећавајући уређаји. Научници из Лабораторије за фотонику и оптичку обраду информација Одсека за ласерску физику Института за ласерске и плазматске технологије на универзитету „МИФИ“ сигурни су да је 21. век — век фотонике.
Према њиховим речима, у наредних 10-20 година фотоника ће пружити револуцију у развоју старих техничких система и појаву суштински нових. Пре свега, појавиће се јавно доступна дигитална комуникација брзине од терабита у секунди, системи за обраду података пропусног опсега на нивоу од десетина гигабита у секунди, као и гигапикселни дисплеји — и дводимензионални и тродимензионални, као и холографски.
Кључне предности фотонске технологије су у информативним својствима светлости. Научници са универзитета „МИФИ“ су објаснили да оптички сигнали имају природну фреквенцију осциловања хиљаду пута већу од радио сигнала, што значи да се њихови параметри могу мењати много брже. Захваљујући томе, дијапазон фреквенција које преноси светлосни сигнал је изузетно широк — на пример, кроз један оптички канал може се истовремено пренети сигнал свих радио радио дијапазона.
„При предаји светлости могуће је формирати дводимензионалне и просторне расподеле које представљају податке, док је електрични сигнал који путује кроз проводник једнодимензионалан. Захваљујући томе, фотонски системи, под другим условима, могу имати неколико пута већу брзину деловања и бити енергетски ефикаснији од својих електронских претходника које користимо данас“, рекао је професор Националног истраживачког нуклеарног универзитета „МИФИ“ Ростислав Стариков.
Холографски видео је будућа реалност
Већ сада технологије за формирање светлосног сигнала омогућавају снимање и репродукцију холографског видео записа. Међутим, према речима научника, такви системи су и даље веома скупи и несавршени, а за њихову масовну примену неопходно је решити бројне проблеме. Конкретно, постоје потешкоће са брзом репродукцијом холограма, као и са њиховим преносом преко постојећих дигиталних комуникационих мрежа.
Интелигентне методе преноса и брзе репродукције тродимензионалног видео записа са дигиталних холограма развијају се на Одељењу за ласерску физику на Националном истраживачком нуклеарном универзитету „МИФИ“, уз подршку Руске научне фондације, пројекат бр. 20-79-00291. Научници су уверени да ће рад на овом подручју учинити комерцијалне холографске 3Д видео системе уобичајеним до средине 2030-их.
„Предложили смо и успешно тестирали нову методу бинарног представљања дигиталних холограма, која омогућава њихово поновно кодирање у облику који је погоднији за пренос, као и нове методе њихове компресије, које у значајној мери превазилазе своје аналоге и истовремено пружају прихватљив ниво губитка квалитета коначних слика“, истакао је шеф истраживања у овом правцу, млади специјалиста на Националном истраживачком нуклеарном универзитету „МИФИ“ Павел Черјомхин.
Шта ће донети фотонски радио?
Још једно обећавајуће подручје је микроталасна фотоника или радио-фотоника, која истражује могућност преноса и обраде радио-сигнала помоћу светлости. Такви системи далеко превазилазе обичне радио системе у погледу имунитета на буку, карактеристика тежине и величине, и што је најважније, имају изузетно широк фреквентни опсег, преко 100 гигахерца.
Постојећи експериментални модели радио-фотонских система показују брзину обраде сигнала која је недостижна за конвенционална електронска средства. На пример, они извршавају аналого-дигиталне конверзије хиљаду пута брже од постојеће електронике.
Сада се, како у свету, тако и у Русији, широко уводе фотонски далеководи радио-сигнала који имају огроман информациони капацитет, саопштили су научници са Националног истраживачког нуклеарног универзитета „МИФИ“. У будућности је неизбежна појава уређаја у којима се светлост такође користи за обраду радио-сигнала — фотонских радара, а у будућности и активне фазиране антенске решетке засноване на фотоници, која ће омогућити праћење циљева било које врсте са великом прецизношћу на великој удаљености.
На Одсеку за ласерску физику на Националном истраживачком нуклеарном универзитету „МИФИ“, под вођством професора Старикова, успешно се спроводе теоријска и експериментална истраживања на пољу аналогно-дигиталних система микроталасне фотонике. Конкретно, недавно су специјалисти Лабораторије за оптичку обраду информација створили фотонски систем за аналогно-дигиталну обраду радио-сигнала центиметарског опсега.
На основу ових инструмената, специјалисти Националног истраживачком нуклеарног универзитета „МИФИ“, заједно са научницима из других руских организација, створили су први у Русији и један од првих у свету радио-инжењерски систем са микроталасним елементима фотонике, који је већ успешно прошао теренска испитивања. Научници су објаснили да су такви уређаји много лакши и енергетски ефикаснији од електронских.
Невероватна брзина и врхунски квалитет
У будућности ће оптичко-дигитални системи који користе паралелну обраду просторних оптичких сигнала моћи да пружају брзину обраде података до 10 гигабита у секунди. На пример, током препознавања слике или кодирања информације. Истраживања у области обраде дводимензионалних оптичких сигнала, спроведена на Националном истраживачком нуклераном универзитету „МИФИ“, усмерена су на стварање дифракционих и холографских система помоћу кохерентног ласерског и некохерентног зрачења.
„Наш тим успешно развија методе за брзо и прецизно формирање задатих информативних светлосних расподела, које ће нам омогућити да представимо огромне количине информација без грешака и губитака“, саопштио је Ростислав Стариков.
Конкретно, тренутно се да одсеку за ласерску физику на Националном истраживачком нуклеарном универзитету „МИФИ“ под вођством професора Николаја Јевтихијева развија нова врста оптичко-дигиталног система дифракције за кодирање информација, у оквиру пројекта Руске фондације за науку бр. 19-19-00498. Већ је створен и тестиран бинарни систем кодирања података, а према речима твораца, има брзину рада на нивоу од десетина гигабита у секунди.
Друга истраживања специјалиста одсека су усмерена на стварање брзих интелигентних система за препознавање визуелних слика. Према речима научника, у овом тренутку су експериментално приказане могућности препознавања мегапикселних слика брзином од преко десет хиљада фрејмова у секунди, што је стотину пута веће од потенцијалних могућности електронских аналога.
