Фотоника кем работать. Что такое «оптоинформатика»
Факультет фотоники и оптоинформатики (ФФиОИ) входит в структуру Мегафакультета Фотоники. Декан факультета - Козлов Сергей Аркадьевич , заслуженный деятель науки Российской Федерации, доктор физико-математических наук, профессор, лауреат премии Ленинского комсомола по науке и технике, руководитель Российской научной школы «Фемтосекундная оптика и фемтотехнологии».
Миссия факультета
Открывать возможности для гармоничного развития конкурентоспособной личности и готовить элитные кадры, которые способны успешно действовать в условиях быстро меняющегося мира и обеспечивать опережающее развитие индустрии по направлению «Фотоника и оптоинформатика».
Факультет Фотоники и оптоинформатики осуществляет подготовку бакалавров и магистров по одноименному образовательному направлению «Фотоника и оптоинформатика».
Фотоника — это область науки и техники, связанная с использованием светового излучения (или потока фотонов) в оптических элементах, устройствах и системах, в которых генерируются, усиливаются, модулируются, распространяются и детектируются оптические сигналы.
Оптоинформатика — это недавно выделившаяся и доминирующая в последние годы область фотоники, в которой создаются оптические технологии передачи, приема, обработки, хранения и отображения информации.
Ключевые направления научно-образовательной фокусировки факультета
- Квантовые технологии:
- Квантовые коммуникации
- Квантовые вычисления
- Квантовые повторители
- Многофункциональные материалы;
- Гибридные наноматериалы;
- Фемтотехнологии, включая терагерцовые технологии, и основанные на них биотехнологии.
В рамках образовательного направления «Фотоника и оптоинформатика» факультет готовит специалистов для одной из самых инновационных областей современной науки и техники, развивающейся на основе лазерных технологий, квантовых технологий, нанотехнологий и новых оптических материалов. В этой области разрабатываются и создаются:
- оптические технологии сверхскоростной передачи записи и хранения информации,
- оптические и квантовые процессоры,
- системы искусственного интеллекта,
- информационно-телекоммуникационные системы нового поколения,
- энергоэффективные технологии,
- перспективные материалы и технологии фотоники.
В процессе обучения бакалавры и магистры получают глубокие знания и практические навыки в следующих областях:
- оптическая физика,
- физика наноразмерных объектов,
- оптическая и квантовая информатика,
- оптическое материаловедение,
- системы и технологии фотоники,
- теория информации и информационных систем,
- архитектура вычислительных систем,
- технологии программирования,
- перспективные материалы фотоники,
- инновационный менеджмент в области высоких технологий.
Техническое оснащение
Факультет располагает несколькими десятками учебных и научно-исследовательских лабораторий и центров. Среди них такие авторитетные в научном мире структуры, как:
Международный институт Фотоники и оптоинформатики, включая:
- Международный научный центр оптической и квантовой информатики, биофотоники,
- Научно-исследовательский центр оптического материаловедения.
Международный научно-образовательный центр физики наноструктур, включая:
- Центр «Информационные оптические технологии».
Для подготовки специалистов, востребованных на рынке труда, факультет активно сотрудничает с фирмами и компаниями - лидерами в своей области. В соответствии с учебными планами, включающими сквозную систему курсовых исследовательских работ и научно-технологических практик, уже со второго курса студенты факультета получают возможность участвовать в работе над действующими проектами, в области фотоники и оптоинформатики, ведущимися Международными научно-исследовательскими центрами по госзаказам Министерства образования и науки РФ, российским и международным грантам и контрактам.
Среди студентов и аспирантов факультета — стипендиаты Президента РФ и Правительства РФ, победители конкурсов лучших научных работ, проводимых Российской Академией наук, Министерством образования и науки РФ, крупнейшими мировыми научными обществами и фондами (INTAS, SPIE, CRDF, OSA).
Руководитель программы - , заслуженный деятель науки Российской Федерации, доктор физико-математических наук, профессор.
ВСТУПИТЕЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ
- русский язык
- математика
- физика
Цель программы - подготовка элитных кадров, которые соответствуют современным требованиям рынка труда в области индустриальных и смежных высокотехнологичных направлений физики. Обучение включает в себя фундаментальное образование, совмещенное с получение практических навыков работы в рамках актуальных разделов современной оптической и квантовой физики, таких как квантовые коммуникации, теория информации и информационных систем, физика и технология наноструктур, лазерные фемтотехнологии, оптические материалы фотоники.
Для подготовки специалистов, востребованных на рынке труда, факультет активно сотрудничает с фирмами и компаниями - лидерами в своей области. В соответствии с учебными планами, включающими сквозную систему курсовых исследовательских работ и научно-технологических практик, уже со второго курса студенты получают возможность участвовать в работе над действующими проектами, в области фотоники и оптоинформатики, ведущимися Международными научно-исследовательскими центрами по госзаказам Министерства образования и науки РФ, российским и международным грантам и контрактам.
Важным компонентом в подготовке инженеров и ученых мирового уровня является организация и проведение факультетом совместно с другими образовательными и научными организациями и обществами Международных молодежных школ и конференций, создание и развитие молодежных научных ассоциаций, а также Российских и Международных отделений научных обществ.
К 3 курсу студенты имеют возможность выбрать собственную образовательную траекторию, которая будет отвечать познавательным интересам обучающегося и позволит выбрать интересующую специализацию в рамках научно-исследовательской деятельности, проводимой под руководством ведущих ученых международных научных подразделений Университета ИТМО.
Специализации программы:
- Квантовые коммуникации и фемтотехнологии
- Физика наноструктур
- Материалы и технологии фотоники
Специализация программы "Квантовые коммуникации и фемтотехнологии":
Подготовка специалистов для современных областей инновационной деятельности, связанных с разработкой оптических и квантовых технологий сверхскоростной передачи информации, и ее сверхплотной записи; фемтотехнологий фотоники и оптоинформатики, созданием оптических и квантовых процессоров, систем искусственного интеллекта и других информационно-телекоммуникационных систем нового поколения. Задачи программы направлены на приобретение студентами фундаментальных и специальных знаний в области информатики, оптической и квантовой физики, а также на формирование у них способностей применять эти знания в научной и практической деятельности.
Студенты программы приобретают фундаментальные знания в области оптической и квантовой физики, в том числе физики взаимодействия интенсивного изучения сверхкороткой длительности с веществом в различных его состояниях. В период обучения студенты работают по реальным проектам лабораторий Международного института «Фотоники и оптоинформатики» и приобретают уникальный опыт применения на практике полученных фундаментальных знаний.
Базовыми проектами являются:
- разработка оптических и квантовых технологий сверхскоростной передачи, обработки и записи информации;
- разработка систем оптических и квантовых коммуникаций;
- проектирование систем искусственного интеллекта, оптических и квантовых процессоров;
- разработка программного обеспечения для систем фотоники и оптоинформатики.
- создание и эксплуатация лазеров и лазерных систем, в том числе, с источниками фемтосекундной длительности;
- использование оптических методов и фемтотехнологий при исследовании и разработке систем фотоники различного назначения;
- разработка и применение голографических технологий.
Специализация "Физика наноструктур"
Программа ориентирована на студентов, которые хотят заниматься физикой наноразмерных объектов, а именно, синтезом, модификацией и исследованием квантовых точек, углеродных наноструктур (графен, фуллерены, нанотрубки, наноалмазы), плазмонных наночастиц и др. У студентов есть выбор практической ориентированности образовательных траекторий в области биомедицины или энергоэффективных технологий. Нанотехнологии - ключ к инновационному решению современных проблем электроники, телекоммуникаций, космической и атомной техники, экологии, биологии, медицины и энергетики.
Выпускники получают навыки работы для трудоустройства в исследовательских учреждениях, в высокотехнологичном производстве, медицинских и фармакологических компаниях, бизнесе, связанном с производством и реализацией инновационной продукции. Уникальный опыт стажировок и обучения за рубежом открывает широкие возможности для самореализации.
МАГИСТРАТУРА, образовательные программы:
Направление подготовки - 12.04.03 «Фотоника и оптоинформатика»
Руководитель программы - , заслуженный деятель науки Российской Федерации, доктор физико-математических наук, профессор
Цель программы - подготовка специалистов мирового уровня в области информационно-телекоммуникационных систем нового поколения, а также лазерно-оптических методов диагностики в системах безопасности, медицине, биологии на основе фемтотехнологий.
Студенты программы приобретают фундаментальные знания по таким профильным дисциплинам, как: «Оптические линии связи и квантовые коммуникации», «Оптические системы записи, хранения и отображения информации», «Фемтооптика и фемтотехнологии», Оптические и квантовые технологии искусственного интеллекта». Выпускники востребованы в следующих сферах профессиональной деятельности:
- создание и эксплуатация оптических и квантовых устройств и систем передачи, обработки и записи информации;
- создание и эксплуатация лазеров и лазерных систем различного назначения;
- создание и эксплуатация биомедицинских комплексов, использующих лазерные системы, в том числе с источниками излучения фемтосекундной длительности;
- разработка программного обеспечения при создании систем фотоники и оптоинформатики.
Руководитель программы - , доктор физико-математических наук, профессор
Образование адаптировано для выпускников бакалавриата физических и технических специальностей и предлагает углубленную подготовку в новых и быстроразвивающихся областях нанотехнологий и нанофотоники, что позволяет легко ориентироваться и быть востребованным на современном высокотехнологичном рынке труда.
Обучение проводят ведущие специалисты в области синтеза, характеризации и практического применения квантовых наноструктур различного типа в оптоэлектронике, фотонике, биологии и медицине.
Все студенты во время обучения трудоустраиваются для участия в коммерческих исследовательских проектах, которые проводятся в международном научно-образовательном центре «Физика наноструктур», расположенном в Технопарке Университета ИТМО.
Обучение реализуется совместно с кафедрой микро- и нанонауки финского Университета Аалто (Хельсинки), что позволяет выпускникам получить два диплома (российского и европейского образцов) ведущих мировых вузов.
ТРУДОУСТРОЙСТВО
Направление: «Фотоника и оптоинформатика» (12.03.03)
В Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им. проф. М.А.Бонч-Бруевича (СПбГУТ) на факультете Многоканальных телекоммуникационных систем с 2012/2013 учебного года осуществляется обучение по перспективному направлению подготовки бакалавров «Фотоника и оптоинформатика». Для того чтобы понять, что это за направление и кем работают в дальнейшем выпускники, необходимо понять значение терминов, входящих в название данного направления.
Что такое «фотоника»?
Фотоника - область науки и техники, связанная с использованием светового излучения (или потока фотонов) в оптических элементах, устройствах и системах, в которых генерируются, преобразуются и распространяются оптические сигналы. Все перспективные информационные технологии основываются сегодня на принципах фотоники. Это означает, что фотоника имеет широкое поле для своего применения: от преобразования оптических сигналов и передачи информации через оптические волокна до создания новых сенсоров, которые регистрируют световые потоки в соответствии с малейшими изменениями окружающей среды. Специалисты этого направления занимаются разработкой оптических телекоммуникационных систем, оптических голографических запоминающих устройств, оптических компьютеров и фотонных кристаллов.
Что такое «оптоинформатика»?
Оптоинформатика - область фотоники, в которой создаются новые технологии передачи, приёма, обработки, хранения и отображения информации на основе фотонов. По существу, без оптоинформатики немыслим современный Интернет. Объектами изучения оптоинформатики являются материалы, устройства, методы и технологии, предназначенные для обработки, отображения и хранения информации на основе главных материальных носителей - фотонов.
Фотоника и оптоинформатика в СПбГУТ
Изучение фотоники и оптоинформатики в Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им. проф. М.А.Бонч-Бруевича открывает перед студентами широкие перспективы и возможности как в обучении, так и в дальнейшем трудоустройстве.
Фотоника и оптоинформатика находятся в постоянном развитии и все больше проникает в отрасль связи и телекоммуникаций. Быстрое внедрение волоконно-оптических систем связи требует совершенствования производства полупроводниковых лазеров, оптических усилителей и модуляторов, приемников излучения и устройств коммутации, а также появления оптических средств обработки и хранения информации, качественно новых датчиков физических величин и прецизионных методов измерений. В связи с этим постоянно увеличивается спрос на специалистов в области высоких технологий, в частности, в области фотоники и оптоинформатики, волоконной и интегральной оптики, телекоммуникаций, оптических систем безопасности, способных участвовать в проведении научных исследований. Обучающиеся по данному направлению востребованы в высокотехнологичных отраслях лазерной техники, волоконной оптики, фотонных устройств, нанотехнологий и квантовых вычислений.
Бакалавров по направлению «Фотоника и оптоинформатика» (12.03.03) выпускает кафедра Линий связи (ЛС) факультета многоканальных телекоммуникационных систем СПбГУТ.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
А.И. Цаплин
ФОТОНИКА И ОПТОИНФОРМАТИКА
Введение в специальность
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
Издательство Пермского национального исследовательского
политехнического университета
УДК 536.7: 621.036 ББК 22.3
Рецензенты:
доктортехнических наук, профессор, заведующийкафедройприкладнойматематики В.П. Первадчук
(Пермскийнациональный исследовательский политехнический университет); кандидат технических наук, начальник
производственно-конструкторского отдела И.И. Крюков (Пермская научно-производственная приборостроительная компания)
Цаплин, А.И.
Ц25 Фотоника и оптоинформатика. Введение в специальность: учеб. пособие / А.И. Цаплин. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. – 399 с.
ISBN 978-5-398-00898-2
Рассматриваются система современного высшего технического образования, особенности обучения в вузе, фундаментальные основы инженерной деятельности.
Представлены исторические этапы зарождения фотоники и оптоинформатики, определена роль фотонов как носителей информации
и энергии на современном этапе. Приведены необходимые для понимания на квантовом уровне теоретические основы физики, научные
и нанотехнологические основы фотоники. Рассматриваются принципы работы лазеров, оптических волокон, перспективы и тенденции дальнейшего развития компьютеров на основе фотонов.
Предназначено для студентов вузов, обучающихся по направлению бакалаврской подготовки «Фотоника и оптоинформатика», профиль «Волоконная оптика».
УДК 536.7: 621.036 ББК 22.3
Предисловие.................................................................................................. |
|
Часть 1. Фундаментальные основы высшего образования.............. |
|
1. Особенности высшего технического образования.............................. |
|
1.1. Современная система высшего образования и его цели............. |
|
1.2. Особенности обучения в вузе........................................................ |
|
2. Фундаментальные основы творческой деятельности.......................... |
|
2.2. Практическая деятельность человека |
|
и современное естествознание....................................................... |
|
2.3. Естественно-научные основы практической |
|
деятельности человека.................................................................... |
|
2.4. Эволюция вселенной и общность законов природы.................... |
|
2.5. Деятельность специалиста и реальность....................................... |
|
3. Фундаментальные основы дисциплин учебного плана...................... |
|
3.1. Особенности Федерального государственного |
|
образовательного стандарта по направлению |
|
«Фотоника и оптоинформатика» ................................................... |
|
3.2. Математические и естественно-научные дисциплины................ |
|
3.3. Профессиональные дисциплины................................................... |
|
3.4. Гуманитарные, социальные и экономические дисциплины....... |
|
3.5. Основные требования бакалаврской подготовки......................... |
|
Часть 2. Научные основы фотоники ..................................................... |
|
4. Элементы квантовой физики................................................................. |
|
4.1. Связь фотоники и оптоинформатики с квантовой физикой.......... |
|
4.2. Этапы развития фотоники и оптоинформатики........................... |
|
4.3. Основные представления квантовой механики............................ |
|
4.4. Квантовая модель атома................................................................. |
|
4.5. Понятие о потенциальных ямах и барьерах................................. |
|
4.6. Микрочастица в прямоугольной потенциальной яме.................. |
|
4.7. Туннельный эффект........................................................................ |
|
5. Элементы физики твердого тела........................................................... |
|
5.1. Кристаллические решетки.............................................................. |
|
5.2. Дефекты кристаллического строения............................................ |
5.3. Элементы зонной теории................................................................ |
|
5.4. Энергетический спектр кристалла................................................. |
|
5.5. Понятие эффективной массы электрона....................................... |
|
5.6. Экситонные эффекты.................................................................... |
|
6. Физические основы оптики.................................................................. |
|
6.1. Электромагнитная природа света................................................ |
|
6.2. Основные явления волновой оптики........................................... |
|
6.3. Основные явления квантовой оптики......................................... |
|
7. Элементы нелинейной оптики............................................................. |
|
7.1. Механизмы оптической нелинейности....................................... |
|
7.2. Вынужденное рассеяние света..................................................... |
|
7.3. Самофокусировка.......................................................................... |
|
7.4. Нелинейные эффекты в волоконных световодах....................... |
|
7.5. Оптические солитоны................................................................... |
|
Часть3. Физические инанотехнологические основыфотоники....... |
|
8. Полупроводниковые квантовые структуры....................................... |
|
8.1. Роль полупроводниковых структур в оптоэлектронике............ |
|
8.2. Твердотельные гетероструктуры. |
|
Полупроводниковый гетеропереход........................................... |
|
8.3. Квантоворазмерные структуры, их самоорганизация............... |
|
8.4. Применение квантовых структур в приборах |
|
оптоэлектроники........................................................................... |
|
9. Основы нанотехнологий получения оптических материалов.......... |
|
9.1. Исторические аспекты.................................................................. |
|
9.2. Наноматериалы.............................................................................. |
|
9.3. Оптические метаматериалы......................................................... |
|
9.4. Методы формирования наноструктур......................................... |
|
9.4.1. Молекулярно-лучевая эпитаксия........................................ |
|
9.4.2. Нанолитография................................................................... |
|
9.4.3. Сканирующая туннельная и атомно-силовая |
|
микроскопия......................................................................... |
|
9.5. Применение нанотехнологий в технике...................................... |
|
10. Лазеры.................................................................................................. |
|
10.1. Спонтанное и вынужденное излучение, поглощение.............. |
|
10.2. Принцип работы лазера.............................................................. |
|
10.3. Схемы накачки............................................................................. |
|
10.4. Свойства лазерных пучков......................................................... |
|
10.5. Типы лазеров................................................................................ |
|
10.6. Области применения лазеров..................................................... |
11. Оптические волокна............................................................................ |
|
11.1. Общие сведения........................................................................... |
|
11.2. Типы оптических волокон.......................................................... |
|
11.3. Материалы для изготовления оптических волокон................. |
|
11.4. Технология изготовления оптических волокон....................... |
|
11.5. Механическая прочность оптических волокон........................ |
|
11.6. Принцип работы волоконного оптического гироскопа........... |
|
Часть 4. Основы оптоинформатики и вычислительного |
|
эксперимента ............................................................................................ |
|
12. Основы оптоинформатики................................................................. |
|
12.1. Предмет и задачи информатики................................................. |
|
12.2. История информационных технологий..................................... |
|
12.3. Понятие об информации............................................................. |
|
12.4. Измерение количества информации. Энтропия....................... |
|
12.5. Архитектура компьютера........................................................... |
|
12.6. Предельные возможности электронной |
|
компьютерной техники............................................................... |
|
12.7. Оптические системы обработки информации.......................... |
|
13. Основы математического моделирования |
|
неравновесных теплофизических процессов в фотонике..................... |
|
13.1. Роль тепло- и массообмена в фотонике.................................... |
|
13.2. Виды теплообмена. Законы молекулярного тепло- |
|
и массообмена............................................................................. |
|
13.3. Перенос тепла теплопроводностью........................................... |
|
13.4. Основы вычислительного эксперимента в теплофизике......... |
|
Заключение................................................................................................ |
|
Список литературы................................................................................... |
ПРЕДИСЛОВИЕ
Развитые страны сегодня находятся в состоянии перехода от «индустриального» человеческого общества к «обществу информационному», отличительная особенность которого состоит в создании и непрерывном усовершенствовании сложных «интеллектуальных сетей» – систем быстрого, эффективного и экономичного предоставления информационных услуг массовому пользователю. Увеличение объема и скорости передачи информации в высокопроизводительных интеллектуальных сетях требует разработки соответствующих технических средств, среди которых оптика и оптические методы передачи сигналов играют важнейшую роль.
Фотоника и оптоинформатика – это новое, стремительно развивающееся в России направление подготовки на базе оптики, математики и компьютерных технологий, это обработка и передача информации и энергии с помощью квантов электромагнитного поля – фотонов. Оптоволоконные системы с высокой скоростью передачи данных, голографические запоминающие устройства сверхбольшой емкости, многопроцессорные компьютеры с оптической межпроцессорной связью, в которых свет управляет светом, – вот далеко не полный перечень объектов фотоники и оптоинформатики. Для решения широкого класса задач в различных областях науки и техники – от физики и химии до биологии и медицины активно используются лазерные технологии. С помощью лазерного излучения производятся различные технологические операции, исследования, измерения и диагностика.
Решение задач получения искусственных материалов, кристаллов, имеющих рекордно низкие оптические потери при передаче информации и энергии, стало возможным с достижениями успехов в нанотехнологиях. Нанотехнология – ключевое понятие начала XXI века, символ новой, третьей научно-
технической революции. С позиций сегодняшнего дня целью нанотехнологий является создание наносистем, наноматериалов, наноустройств, способных оказать качественное воздействие на развитие цивилизации. Первая часть сложного слова нановообще означает одну миллиардную (10–9 ) чего-либо. Нанотехнология – совокупность методов изготовления и обработки изделий, имеющих протяженность 1–100 нм (хотя бы
в одном измерении). Нанометровый диапазон измерений размеров открывает новые свойства и подходы к изучению вещества. В этом диапазоне меняются многие физические и химические свойства и нигде так близко не сходятся физика, химия и биология. Напомним, что 1 нм = 10–9 м = 10–3 мкм = 10 Å. Атом имеет размер порядка 0,1 нм, неорганические молекулы ~1 нм, вирусы – от 10 до 500 нм; бактерии ~1000 нм. Десятичные кратные и дольные приставки и множители в международной системе единиц представлены в таблице.
Широкое применение в различных областях современной техники находят различные волноводные структуры. Уже сегодня волоконно-оптические технологии определяют уровень развития таких важных сфер государственной деятельности, как экономика, образование и безопасность.
Оптимизация технологических процессов получения оптических волокон, лазерной обработки материалов предполагает наряду с экспериментальными исследованиями и применение методов математического моделирования.
Целью курса «Фотоника и оптоинформатика. Введение
в специальность» является ознакомление студентов с современной системой высшего технического образования, его основными задачами, организационными и методическими особенностями обучения в вузе, с документами, которые регламентируют учебу студентов, а также фундаментальными, общетехническими и профессиональными основами выбранной специальности, спецификой будущей работы выпускника, перспективами его трудоустройства.
Обозначение |
Десятичная |
Обыкновенная запись |
|||
10 –24 |
|||||
0,000000000000000000000001 |
|||||
10 –21 |
0,000000000000000000001 |
||||
10 –18 |
0,000000000000000001 |
||||
10 –15 |
0,000000000000001 |
||||
10 –12 |
|||||
10–9 |
|||||
10–6 |
|||||
10–3 |
|||||
10–2 |
|||||
10–1 |
|||||
1012 |
|||||
1015 |
1000000000000000 |
||||
1018 |
|||||
1000000000000000000 |
|||||
1021 |
1000000000000000000000 |
||||
1024 |
1000000000000000000000000 |
Пособие состоит из четырех частей. Первая часть посвящена фундаментальному и гуманитарному аспектам бакалаврской подготовки, без которых невозможно сформировать широкообразованного, системно мыслящего, ориентированного на многоаспектную творческую деятельность специалиста, способного с максимальной эффективностью продолжить углубленное образование ввыбранном направлении. Такой подход соответствует национальной доктрине образования в Российской Федерации и макропеременам в современном высшем образовании, связанным с переходом кэкономике, основанной на знаниях.
Во второй части пособия рассматриваются научные основы фотоники с элементами квантовой физики, оптики, обсуждается и дополняется информация, полученная студентами в кур-
сах физики и химии средней школы и позволяющая осмыслить эти основы.
Третья часть посвящена научным и нанотехнологическим аспектам фотоники, путям и перспективам ее развития. Показано, что нанотехнологии – это одно из наиболее быстро развивающихся направлений получения оптических материалов. В свою очередь, достижения нанотехнологий обязаны применению устройств и систем, в которых генерируются, усиливаются, модулируются, распространяются и детектируются оптические сигналы.
Основы оптоинформатики – технической науки, занимающейся проблемами передачи, хранения и обработки информации, рассмотрены в четвертой части. Показано, что волновая и корпускулярная природа света обуславливает многочисленные преимущества фотона как носителя информации перед электроном в современных компьютерах. На примере теплофизических задач в фотонике рассмотрены основы вычислительного эксперимента.
Учебное пособие предназначено для студентов первого курса бакалаврской подготовки по направлению «Фотоника и оптоинформатика» в Пермском национальном исследовательском политехническом университете.
ЧАСТЬ 1. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
1. О СОБЕННОСТИ ВЫСШЕГО ТЕХНИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ
1.1. Современная система высшего образования и его цели
Система высшего образования страны включает около 1000 высших учебных заведений, из них более 500 – государственные. По статусу вузы делятся на классические университеты, технические университеты, академии и институты. По профилю – на многопрофильные и узкопрофильные, например сельскохозяйственные, медицинские и т.д. Мощную и дорогостоящую систему образования страна содержать бы не стала, если бы эта система не обеспечивала решение важнейших государственных задач, а именно:
– повышение безопасности страны (в самом широком смысле);
– подготовкаспециалистовдлявсехнаправленийэкономики;
– повышение интеллектуального уровня населения. Безопасность любой страны обеспечивается в основном
уровнем образованности населения. Так было во все времена; особенно это важно в условиях ускоренного развития наукоемких производств, наукоемких видов техники и вооружения. Великий китайский мыслитель Конфуций около 2500 лет назад назвал образованность населения одним из условий преуспевания государства. Правительство США неизменно обосновывает все мероприятия по развитию и улучшению системы образования интересами безопасности страны. В последних документах правительства Российской
12.03.03 «Фотоника и оптоинформатика»
Образовательная программа
«Фотоника и оптоинформатика»
Образовательная траектория
«Фемтотехнологии фотоники и оптоинформатики»
Программа предусматривает получение студентами фундаментального образования в области физики, математики и информатики, и предполагает изучение таких базовых дисциплин направления подготовки, как «Оптическая физика», «Оптическое материаловедение», «Физика твердого тела», «Основы фотоники», «Основы оптоинформатики».
Программа предназначена для обучения бакалавров, желающих специализироваться в области фемтотехнологий фотоники и оптоинформатики: систем и устройств сверхскоростной безопасной связи, современных лазерных систем, фемтомедицины, оптических систем искусственного интеллекта. Обучение по данной программе дает возможность выпускникам вести научно-исследовательскую и инженерную деятельность в области создания и эксплуатации оптических и квантовых устройств и систем передачи, обработки и записи информации; создания и эксплуатации лазеров и лазерных систем различного назначения; разработки и применения голографических технологий; разработки программного обеспечения для систем фотоники и оптоинформатики; разработки алгоритмов и программ для расчетов научных и инновационных задач на суперкомпьютерах.
ЦЕЛЬ ПРОГРАММЫ
Цель программы - подготовка специалистов для современных областей инновационной деятельности, связанных с применениями фемтотехнологий при создании быстродействующих систем и устройств фотоники. Задачи программы направлены на приобретение студентами фундаментальных знаний в области оптической и квантовой физики, в том числе физики взаимодействия интенсивного изучения сверхкороткой длительности с веществом в различных его состояниях, а также на формирование у студентов способностей применять эти знания для разработки и внедрения фемтотехнологий фотоники и оптоинформатики.
АКТУАЛЬНОСТЬ И ЗНАЧИМОСТЬ ПРОГРАММЫ
Актуальность программы обусловлена, в том числе и широкими применениями излучения фемтосекундной длительностит в биологии, медицине, биофотонике, при разработке новых методик диагностики и терапии социально-значимых заболеваний. По данной программе ведется подготовка бакалавров для таких инновационных областей современной фотоники и оптоинформатики, как создание систем и устройств сверхскоростной связи, оптических систем искусственного интеллекта, быстродействующих оптических процессоров, новых материалов и высоких технологий различного назначения; разработка высокоэффективных атмосферных и подводных лидаров. При обучении по данной программе бакалавры приобретают компетенции, которые позволяют выпускникам в своей профессиональной деятельности использовать уникальные возможности современных фемтотехнологий фотоники и оптоинформатики.
ТРУДОУСТРОЙСТВО И ВОСТРЕБОВАННОСТЬ ПРОФЕССИИ
Выпусники востребованы в следующих областях: создание и эксплуатация лазеров и лазерных систем, в том числе, с итсточниками фемтосекундной длительности; использование оптических методов и фемтотехнологий при исследовании и разработке систем фотоники различного назначения; создание быстродействующих систем и устройств фотоники; разработка и применение голографических технологий; разработка программного обеспечения для систем фотоники и оптоинформатики; разработка алгоритмов и программ для расчетов научных и инновационных задач на суперкомпьютерах. Выпускники могут осуществлять профессиональную деятельность в качестве научных работников, инженеров-исследователей, инженеров-проектировщиков, инженеров связи и других специалистов данного профиля. Выпускники работают в ведущих российских и зарубежных научных центрах, лабораториях, компаниях таких, как: ОАО «Ростелеком», ООО «Корнинг», ООО НПП «Лазерные технологии», ООО «ЛАЗЕРНЫЙ центр», «Vicon-Standa», ООО «Аметист Лазер», ОАО «Комета», ОАО «ЛОМО», ОАО «ГОИ им. С.И. Вавилова» и др.
ОСНОВНЫЕ ДИСЦИПЛИНЫ
- Введение в фотонику и оптоинформатику
- Физика твердого тела
- Физические основы оптоинформатики
- Волноводная фотоника
- Прикладная голография
- Технологии искуственного интеллекта
- Нелинейная оптика
- Основы проектирования приборов и систем
- Современные проблемы оптоинформатики
- Современные проблемы фотоники
- Наноматериалы и нанотехнологии
- Программирование на Java
- Теоретические и практические основы алгоритмов программирования
- Оптические технологии в медицине
Описание
Данное направление требует четырехлетнего обучения на дневном отделении для получения диплома бакалавра. Этого времени будет достаточно для того, чтобы освоить:
- аналитические методы и способы решения задач выбранного направления;
- математическое моделирование, применяемое при изучении объектных свойств и разработке порядка действий;
- компьютерное макетирование фотонных и оптоинформационных объектов, необходимое, чтобы изучить и оптимизировать параметры, используя для этого передовые технологии тестирования и конструирования;
- создание обособленных программных блоков, проведение их регулировки и настройки;
- изучение объектов, используя для этого установленную методику и обработку окончательных достижений;
- тестирование новых материалов, явлений, устройств и систем;
- наладку и регулирование работы агрегатов, приборов и систем фотоники и оптоинформатики для проведения научных экспериментов;
- расчеты показателей количественных затрат оптических заготовок, материалов и инструментов;
- выбор стандартной аппаратуры, приборов и предварительное вычисление экономической эффективности на технологических процессах;
- применения контрольных методик качества изготавливаемых изделий;
- обеспечение соблюдения безопасности в сфере экологии при выполнении технических процессов;
- планирование, координирование и организацию трудового распорядка в производственных подразделениях.
Кем работать
Бакалавры смогут работать научными сотрудниками, инженерами-конструкторами или программистами. Выгодные перспективы развития имеют позиции специалистов по фотонике и оптоинформатике. Нередко и технологи на различных предприятиях имеют подобную квалификацию. В настоящее время большой спрос на эту специальность обеспечивают организации телекоммуникаций и связи. Без выпускников не обходится и производство лазерной техники, фотонных устройств и волоконной оптики. Многие бывшие студенты стремятся попасть на работу в научные центры, опыт работы в которых позволит в дальнейшем претендовать на более высокие должности и позиции в зарубежных организациях.
- Как сварить сгущенное молоко в домашних условиях Сгущенное молоко в домашних
- Типы химических реакций в органической химии
- Третий этап сестринского процесса – планирование ухода Создание условий для соблюдения режима
- Боевые действия на южном сахалине Вечный огонь памяти
- Коктейль "пина-колада" в ананасе
- Рецепты ароматной курицы с яблоками в духовке: целиком и кусочками
- Варенье из абрикосов с ядрышками и с лимоном - простой рецепт с фото по приготовлению на зиму