Оптические схемы: Оптические схемы объективов Carl Zeiss

Содержание

Оптические схемы объективов Carl Zeiss

Carl Zeiss – легендарный бренд в мире фотографии. Компания была основана в 1846 году и сопровождает фотопроизводство на протяжении всей его истории.

Но не только возраст – причина авторитета бренда. Главная причина – огромное количество изобретений и ноу-хау в производстве оптики, которые бренд разработал и воплотил в жизнь. А впоследствии они были подхвачены другими производителями.

Каждый современный объектив, каким бы брендом он ни был создал, в какой-то мере копирует технологии компании Carl Zeiss. А собственная оптика Carl Zeiss, выпускаемая сегодня, продолжает служить эталоном объективов.

 

Основатели бренда Carl Zeiss: Эрнст Абби и Карл Цейс

 

Компания носит имя своего основателя Карла Фридриха Цейса, но успех предприятия такого масштаба – результат труда не одного человека, а группы выдающихся ученых и изобретателей. История началась с того, что, окончив Йенский университет, молодой инженер Карл Цейс открыл производство микроскопов. Начав с простейших конструкций, он постепенно усложнял их, до тех пор, пока они не получили премию на промышленной выставке и не были признаны в числе лучших научных достижений Германии. Тогда Карл Цейс решил было, что его деятельность достигла вершины успеха, но встреча с другими учеными-изобретателями дала совершенно новый поворот его истории и открыла новые, непредвиденные возможности. Этими новыми людьми стали физик Эрнст Абби и химик Отто Шотт. Первый внес существенный вклад в развитие оптики как науки, и, в частности, изобрел методы борьбы с оптическими аберрациями. А второй заложил основы производства стекла, используемые по сей день, а специально и исключительно для Карла Цейса разработал особый тип линз.

Огромный вклад Carl Zeiss в развитие технологий фотообъективов состоял в изобретении оптических схем, которые и по сей день используют производители объективов практически всех брендов.

 

Planar

Оптическая схема Planar и пример фотографии, сделанной объективом Sony A 50mm f/1.4 Carl Zeiss

 

Planar – первая оптическая схема, созданная компанией Carl Zeiss в 1897 году. В основу схемы была положена конструкция телескопов, разработанная в начале 19 века Карлом Гауссом. Planar состоит из двух таких конструкций, симметрично повернутых друг к другу, а точно посередине между ними расположено отверстие диафрагмы. Название произошло от немецкого слова plan – «плоскость», что подчеркивает основное достоинство объектива – отсутствие деформации плоскости изображения по краям кадра. Также объективы Planar отличаются превосходным разрешением.

В постсоветском пространстве схема Planar хорошо знакома фотографам благодаря объективам Гелиос, сконструированных именно по этой схеме. Объективы Гелиос выпускаются до сих пор и пользуются спросом среди фотолюбителей из-за специфического «крученого» боке.

Самый легендарный Planar – объектив Carl Zeiss Planar 50mm f/0.7, один из самых светосильных в мире! Он был разработан в 1966 году специально для НАСА для съемки поверхности темной стороны Луны. НАСА заказала 6 таких объективов, и каждый экземпляр стоил американскому правительству около миллиона долларов. Позднее режиссер Стэнли Кубрик заказал бюджетную версию этого объектива для съемок фильма «Барри Линдон», чтобы снимать сцены только при свете свечей – для передачи аутентичной атмосферы эпохи. Всего в мире существует 10 экземпляров этого объектива.

 

Объектив Carl Zeiss Planar 50mm f/0.7 и снятый с его помощью кадр из фильма Барри Линдон 

 

Biotar – дальнейшее развитие схемы Planar, получившее распространение с 20-х годов XX века. Схема Biotar похожа на Planar, но имеет продуманные отклонения от симметрии, что дало большой простор для доработок и бесконечное количество вариаций. Элементы в объективах Biotar перемещаются и объединяются в группы в самых разных комбинациях. Почти все современные светосильные зум-объектив со стандартным фокусным расстоянием 50-100mm сконструированы именно по схеме Biotar.

 

Tessar

Оптическая схема Tessar и пример фотографии, сделанной объективом Sony FE 24-70mm f/4.0 Carl Zeiss

 

Tessar – оптическая схема, запатентованная в 1902 году, и классически состоящая из четырех элементов в трех группах, причем в одной, задней группе, линзы склеены и отделены от остальных групп диафрагмой. Объективы Tessar отличает резкое и контрастное изображение, за что они получили распространенное прозвище «Орлиный глаз». 

Именно схема Tessar использована в конструкции большинства объективов Nikon, а советский объектив «Индустар» очень близко копирует подлинные объективы Tessar от Carl Zeiss.

Обе схемы, Planar и Tessar, изобретены Паулем Рудольфом специально для Carl Zeiss.

 

Sonnar

Оптическая схема Sonnar и пример фотографии, сделанной объективом Sony FE 55mm f/1.8 Carl Zeiss

 

Sonnar – схема, разработанная в 1929 году Людвигом Бертеле. Название произошло от немецкого слова Sonne – «солнце», что подчеркивает главное свойство этой схемы – светосилу. Большинство линз в таких объективах плотно прилегают друг к другу без воздушных прослоек, и это дает два важных преимущества: компактный размер объектива и высокий контраст фотографий. По сравнению с Planar, у объективов Sonnar больше аберраций, но зато выше контраст и устойчивость к контровому свету. А по сравнению с Tessar – меньше аберраций и больше светосила. Правда, в современных объективах практически все «слабые места» всех оптических схем доработаны или компенсированы. 

Самые известные советские объективы с системой Sonnar – «Юпитер».

Biogon – вторая значимая разработка Людвига Бертле, созданная для умеренно широкоугольных объективов. Biogon предназначен для фокусного расстояния, равного половине диагонали кадра, и имеет симметричную конструкцию. Симметричная конструкция дает ряд преимуществ: минимум оптических искажений, светосилу, равномерное разрешение по всему полю кадра.

 

Distagon

Недостатком обеих оптических схем Людвига Бертле является короткий рабочий отрезок, что делает их неприменимыми для зеркальных фотоаппаратов. Для объективов зеркалок схема Biogon не используется вообще, а Sonnar – используется в основном для телеобъективов с фокусным расстоянием от 135mm. Схемы Planar и Tessar, прекрасно подходя для нормальных фокусных расстояний, на сверхшироком угле приводят к потери яркости по краям кадра. Все это вызвало необходимость дополнительных разработок для широкоугольной съемки. И в 1950 году Харри Золингер из Carl Zeiss и француз Пьер Анженю, работая каждый сам по себе, практически одновременно нашли новое решение. Анженю назвал свою конструкцию Retrofocus, и это название стало нарицательным для объективов, сделанных по данной схеме – ретрофокусные объективы.

 

Оптическая схема Distagon и пример фотографии, сделанной объективом Sony A 24mm f/2.0 SSM Carl Zeiss

 

Distagon – оптическая схема, разработанная Золингером специально для широкоугольных объективов зеркальных фотоаппаратов. Название происходит от слов «distance» и «gonia» – «расстояние» и «угол», что подчеркивает две важнейшие особенности конструкции: широкий угол обзора и большое расстояние от задней линзы до кадра (рабочий отрезок). Оптическая схема Distagon очень ассиметрична: передние элементы значительно крупнее, чем задние, и имеют выпуклую сферическую форму. Это вызывает ряд оптических искажений, таких как дисторсия и аберрации, а также делает объективы довольно громоздкими и дорогими. На устранения этих недостатков были направлены дальнейшие доработки схемы.

Разработка сверхширокоугольных объективов – до сих пор остается самой сложной задачей у производителей оптики. Ее решение включает ряд узкоспециализированных задач. В связи с этим, например, группа специалистов компании Nikon, занимавшаяся разработкой широкоугольных объективов, отсоединилась от компании, чтобы сосредоточиться на своих исследованиях, и со временем основала собственный бренд Tokina, который разрабатывает лучшие на сегодняшний день сверхширокоугольные зум-объективы. 

 

Автор: Олег Беликов

Схемы оптические — Энциклопедия по машиностроению XXL

Правила выполнения чертежей и схем оптических изделий Правила выполнения конструкторской документации изделий, изготовляемых с применением ).]гек-трического монтажа Правила выполнения чертежей жгутов, кабелей и проводов Правила выполнения чертежей изделий с электрическими обмотками  [c.355]

ГОСТ 2.316—68 устанавливает правила нанесения надписей, технических требований и таблиц па чертежи изделий всех отраслей промышленности. Стандарт не устанавливает правила заполнения основной надписи, а также таблиц на чертежах изделий, для которых соответствующими стандартами установлены таблицы параметров. Например, на чертежах зубчатых колес, червяков и реек выполняются таблицы, предусмотренные ГОСТ 2.403—68. .. ГОСТ 2.407—68, на чертежах и схемах оптических изделий — ГОСТ 2.412—68.  

[c.84]


Рис. 7.30а. Схема оптического пирометра НБЭ с исчезающей нитью. А — линза объектива В — апертурная диафрагма (А на рис. 7.306) С — нейтральный фильтр О — пирометрическая лампа с вольфрамовой нитью Е — красное стекло Е — линза окуляра О — выходная диафрагма (С на рис. 7.306) [49].
ГОСТ 2.412—68 (СТ СЭВ 139—74). Правила выполнения чертежей и схем оптических изделий.  [c.214]

Правила выполнения чертежей схем оптических изделий. … …….. 2.412—68  [c.204]

Рис, 12. Схемы оптических систем для сварки и пайки  [c.18]

В системах, используемых для сварки световым лучом, концентрация энергии в пятне нагрева достигает 10 Вт/см и может быть увеличена при применении специальных линз и отражателей. Принципиальная схема оптических систем для сварки и пайки приведена на рис. 12.  [c.18]

Простейшая схема оптической накачки  [c.450]

Схема оптической системы микроскопа показана на рис. 14.12. Малый объект АВ помещается вблизи главного фокуса объектива 5 , дающего его увеличенное действительное изображение А В, которое рассматривают через окуляр 5., так, чтобы увеличенное мнимое изображение А»В» получалось на расстоянии наилучшего зрения от глаза или в бесконечности (наблюдение спокойным глазом). Оба способа наблюдения одинаково пригодны.  [c.329]

Для сравнения рядом изображена схема оптического микроскопа.  [c.360]

Принципиальная схема оптического квантового генератора с оптической накачкой показана на рис. 35.8. Накачка активного элемента осуществляется с помощью специальных импульсных газоразрядных ксеноновых ламп-вспышек. Длительность вспышки 10 с и меньше.  [c.279]
Рис. 96. а) Схема оптического пирометра с исчезающей нитью 1 — зрительная труба, 2 — лампа, 3 — нить лампы, окуляр, 5 — реостат, б — измерительный прибор, 7 — красный светофильтр (Х=665,0 нм), б) Л,ам-па оптического пирометра  
[c.258]

Градуировка ленточной лампы по яркостной температуре может быть проведена с помощью оптического пирометра. Схема оптического пирометра с исчезающей нитью дана на рис. 96, а. Основной его частью является зрительная труба I, внутри которой находится лампа накаливания 2 с нитью 3 в виде петли (рис. 96,6). Для измерения яркостной температуры ленточной лампы нужно направить зрительную трубу пирометра так, чтобы в его окуляр 4 была видна накаленная лента лампы и на ее фоне — нить лампочки пирометра. Регулируя ток накала лампочки с помощью реостата 5, добиваются равенства яркостей нити и ленты. Это соответствует равенству яркостных температур нити и ленты (при 1 = 665 нм). Пирометр должен быть заранее проградуирован по абсолютно черному телу, т. е. должно быть известно, какой ток накала нити соответствует исчезновению ее на фоне черного тела заданной температуры.  [c.259]

Схема оптического пирометра с исчезающей нитью переменного накала показана на рис. 9.9. Фокусирование изображения объекта измерения 1 на плоскость нити лампы 4 осуществляется с помощью объектива 2. Окуляр 6, предназначенный для наблюдения нити лампы на фоне изображения объекта измерения, служит для получения резкого изображения нити. Изображение нити лампы через диафрагму 7 воспринимается глазом наблюдателя 8.  [c.186]

Рис. 3.8. Схема оптического ножа
Рнс. 7.2. Схема оптического рычага  [c.200]

Основной частью оптической системы этих приборов является объектив для получения изображения контролируемого изделия. Часто применяют базовую систему измерений, позволяющую свести измерения объекта к определению краевых зон его изображения. Типовые схемы оптических систем этого рода показаны на рис. 4.  [c.59]

Рис. 122. Блок-схема оптического фотоэлектронного сигнализатора.
Рис. 124, Электрическая блок-схема оптического фотоэлектронного сигнализатора.
Рис. 34. Схема оптического тензометра с автоколлимационным зеркальным отсчетным устройством

На рис. 35 приведена схема оптического тензометра с отсчетным устройством, действие которого основано на методе муаровых полос. Коэффициент преобразования такого тензометра около 2000 с погрешностью измерения 15 еод при базе 20 мм.  [c.394]

В оптических тензометрах, которые предназначены для измерения больших деформаций, используют фотоэлектрические датчики. При этом деформация преобразуется в электрический импульс. Схема оптического тензометра с фотодиодами приведена на рис. 36. Рычаги 7, ось вращения которых находится в корпусе тензометра 4, закреплены на образце б зажимами 5. На одном из рычагов закреплена считывающая головка /, в которой размещены источник света и фотодиод, а на другом рычаге — прозрачная шкала 3 со штрихами 2. При деформации объекта считывающая головка перемещается вдоль шкалы, а с фотодиода поступают на вторичную аппаратуру импульсы, число которых пропорционально деформации,  [c.394]

Контроль с помощью оптической линейки. Для измерения прямолинейности плоскостей направляющих станков, поверочных линеек, плит, образующих валов и других деталей всех степеней точности по ГОСТ 10356—63 в настоящее время в СССР выпускаются оптические линейки (ИС-36 и ИС-43). Принципиальная схема оптической линейки приведена па рис. 73.  [c.172]

Рис. 73. Схема оптической линейки ИС-36
Принципиальная схема оптического квантового генератора на рубине приведена на рис. 229. Рубиновый стержень 2 помещен внутрь спиральной лампы-вспышки I, которая питается током от батареи конденсаторов 7. С целью создания условий, необходимых для генерирования излучений, на торцы рубинового стержня наносят серебряное или многослойное диэлектрическое покрытие. Торец А делается непрозрачным (с полным внутренним отражением), а торец Б — полупрозрачным. Излучение выводится из полупрозрачного торца рубинового стержня.  [c.397]
Рис. 2-97. Схемы оптических пирометров.
Рис. 3. Схема оптической установки для измерения профиля масляной пленки после сдувания

Схема оптической системы показана на рис. 107.  [c.124]

Более точный отсчет показаний и, следовательно, существенное снижение предельной погрешности показаний дает оптический делительный стол с иной отсчетной системой — ОДС-2. По внешнему виду и методике работы этот прибор не отличается от ОДС. Более точное измерение угла поворота лимба достигается благодаря двустороннему отсчету в сочетании с оптическим микрометром. Схема оптической системы ОДС-2 приведена на рис. 155, из которого видно, что двусторонний отсчет в ОДС-2 сведен в одно поле зрения.  [c.185]

Правила выполнения чертежей пружин (401) Условные изображения зубчатых колес, реек, червяков и звездочек цепных передач (402) Правила выполнения чертежей цилиндрических зубчатых колес (403), — зубчатых реек (404) — конических зубчатых колес (405) — цилиндрических червяков и червячных колес (406) — червяков и колес червячных глобоидных передач (407) — звездочек приводных роликовых и втулочных цепей (408) — зубчатых (шлицевых) соединений (409) — металлических конструкций (410) — труб и трубопроводов (411) — чертежей и схем оптических изделий (412) — электромонтажных чертежей электротехнических и радиотехнических изделий (413) — чертежей жгутов, кабелей и проводов (414) — изделий с электрическими обмотками (415) Условные изображения сердечников магнитопроводов (416) Правила выполнения документации при плазовом методе производства (419) Упрощенные изображения подшипников качения на сборочных чертежах (420) Правила выполнения чертежей печатных плат (417) — чертежей тары Правила выполнения звездочек для грузовых пластинчатых цепей (421), — чертежей цилиндрических зубчатых колес передач Новикова с двумя линиями зацепления (422).  [c.363]

Правила выполнения чертежей пружин (401 ) Условные изображения зубчатых колес, реек, червяков и звездочек цепных передач (402 ) Правила выполнения чертежей цилиндрических зубчатых колес (403 ), зубчатых реек (404 ), конических зубчатых колес (405 ), цилиндрических червяков и червячных колес (406 ), червяков и колес червячных глобоид-ных передач (407), звездочек приводных роликовых и втулочных цепей (408), зубчатых (шлицевых) соединений (409 ), металлических конструкций (410 ) труб и трубопроводов и трубопроводных систем (411), чертежей и схем оптических изделий (412 ). Правила выполнения конструкторской документации изделий, изготовляемых с применением электрического монтажа (413 ) Правила вьшолнения чертежей жгутов, кабелей и проводов (414 ), изделий с электрическими обмотками (415 ) Условные изображения сердечников магни-топроводов (416) Правила выполнения чертежей печатных плат (417 ) Правила выполнения конструкторской документации упаковки (418 ) Правила выполнения документации при плазовом методе производства (419 ) Упрошенные изображения пошшшников качения на сборочных чертежах (420 ) Правила выполнения рабочих чертежей звездочек для пластинчатых цепей (421), цилиндрических зубчатых передач Новикова с двумя линиями зацепления (422), чертежей элементов. гштейной формы и отливки (423 ), чертежей штампов (424), рабочих чертежей звездочек для зубчатых цепей (425), звездочек для разборных цепей (426), звездочек для круглозвенных цепей (427) Правила вьшолнения чертежей поковок (429 ).  [c.313]

Схема оптического квантового генератора с вихревым охлаждением активного элемента — излучателя показана на рис. 6.10. Активный элемент I размещен в оправках на оси камеры энергоразделения 2, изготовленной из прозрачного материала — кварцевого стекла. Сжатый газ подается в полость камеры энер-горазделения через тангенциальное сопло в виде интенсивно закрученного потока. На удаленном от соплового ввода конце камеры энергоразделения установлен щелевой диффузор 3. Ось вихревой трубы совмещена с одной из фокальных осей эллиптического отражателя 4. В другой его фокальной плоскости под камерой энергоразделения 2 размешена лампа накачки 5. Эллиптический отражатель 4 имеет зеркальную внутреннюю поверхность. Регулирование интенсивности охлаждения излучателя осуществляется сменой работы вихревой трубы путем изменения щелевого зазора при перемещении подвижной щеки диффузора. Время выхода оптического генератора на установившийся режим определяется теплогенерационными свойствами охлаждаемого активного элемента-излучателя.  [c.296]

Принципиальная схема оптической системы восьмивибраторного осциллографа (тип МПО-2) изображена на рис. 124. От лампы 1 свет проходит через конденсаторную линзу 2 и диафрагму 3, разделяющую световой поток на лучи по числу вибраторов. Отделенный луч направляется системой зеркал на зеркальце 4 одного из вибраторов через линзу 5 в окошечке его корпуса. Далее, часть колеблющегося луча, отра>кенного от зеркальца, направляется зеркалами сквозь цилиндрическую  [c.177]

Рис. 124. Схема оптической системы Еосьмнвг1браторного осциллографа / —лампа, 2 — конденсаторная лннза, 3 —диафрагма, 4 — зеркальце вибратора, 5 — линза в окошечке корпуса вибратора, 6 — барабан кинопленки, 7 — цилиндрическая линза, а — увеличительная линза, 9 — многогранный зеркальный барабан, J0 — экран.
Фиг. 2.6. Схема оптических превращений в круговом полярпскопе с темным полем.
Наилучшие результаты выверки длинных составных станин в горизонтальной и вертикальной плоскости могут быть достигнуты при помощи оптических методов измерения (зрител ной трубой с коллиматором или автоколлиматором). Технически достижимая точность измерения—0,02 мм на 1000 мм длины. Одна из принципиальных схем оптической проверки показана на фиг. 8. При выверке станины токарного станка подвижный элемент оптической системы размещают на подвижном мостике, скользящем по направляющим станины.  [c.406]
Фиг. 454. Схема оптического прибора Ленинграо-ского института металлов.

На фиг. 205 приведена схема оптического детектора, разработанная Миллером и Прингсхаймом в Берлинском университете.  [c.209]

Оптические схемы

Башенный Солнечный Телескоп (БСТ-1): Оптические схемы


Оптическая схема телескопа

Целостатное зеркало С1 имеет размер 120 см и находится на установке, ось которой направлена на полюс мира. Вращением только одного этого зеркала достаточно компенсировать суточное движение Солнца по небу и получить стабильное изображение Солнца. Дополнительное зеркало С2 имеет размер 110 см. Оно обычно неподвижно и служит для того, чтобы направить солнечный пучок вниз. В зависимости от задач исследования пучок может направляться на разные оптические системы.

  1. Основная оптическая система (черный цвет). Пучок направляется на главное зеркало С3, которое строит изображение. Главное зеркало параболическое и имеет диаметр 90 см. От него пучок отражается на кассегреновское выпуклое зеркало С4, которое увеличивает фокус системы и направляет пучок на диагональное зеркало С6. Диагональное зеркало плоское и имеет размер 45 см. Оно выводит пучок на щель спектрографа, где находится фокус системы и где формируется изображение Солнца диаметром 50 см.

    В случае, когда вместо кассегреновского зеркала С3 используется зеркало С4, пучок от него (зеленый цвет) направляется в подвал телескопа, где плоское зеркало С7 направляет его на щель вакуумного спектрографа. Там формируется изображение Солнца диаметром 70 см.

    Эти оптические системы используются для изучения процессов на поверхности Солнца путем получения спектров различных образований или наблюдением на магнитографе, где получаются карты магнитных полей, лучевых скоростей и яркости в выбранных спектральных линиях.

  2. Оптическая система спектрогелиографа. При наблюдениях на спектрогелиографе пучок (красный цвет) с дополнительного зеркала С2 направляется на главное зеркало спектрогелиографа С8, которое отражает его на кассегреновское зеркало С9. Изображение Солнца диаметром 5 см формируется на щели спектрогелиографа. Щель достаточно высокая, что позволяет пропустить полный разрез Солнца в спектрограф. Коллиматорное зеркало С10 фокусирует изображение Солнца на дифракционной решетке С12. Плоское зеркало С11 служит для направления пучка на решетку. Получаемый от решетки спектр перехватывается плоскими зеркалами С13 и С14 и направляется на камерные зеркала С15 и С16, которые фокусируют спектр на выходных щелях спектрогелиографа. Зеркала С13 и С14 установлены так, чтобы в рабочем порядке решетки на одно из них попадала красная часть спектра для наблюдений в линии Нα, а на другое — фиолетовая часть спектра для наблюдений в линии К Са II.

    Для сканирования изображения используется специальный механизм, который одновременно сдвигает как изображение на входной щели спектрогелиографа (при помощи призмы), так и фотокассеты, которые устанавливаются на выходных щелях. После экспозиции на фотопластинках получаются изображения всего Солнца в выбранных спектральных линиях.

    Получаемые спектрогелиограммы служат для изучения различных активных явлений на поверхности Солнца, их эволюции, а также для изучения вращения на различных широтах.

  3. Параллельный пучок. В этом случае пучок света (синий цвет) от дополнительного зеркала С2 направляется прямо на диагональное зеркало С6, а затем на щель спектрографа. Щель освещается светом от всего Солнца и сама служит объективом для спектрографа.

    Эту систему используют для наблюдений Солнца как звезды. Так регистрируют общее магнитное поле Солнца и его глобальные колебания низкой степени.


Целостатная установка

Целостатное зеркало имеет размер 120 см и расположено на установке, ось которой направлена на полюс мира. Зеркало можно передвигать вверх и вниз по наклонной плоскости в зависимости от высоты Солнца. Вся установка также может передвигаться в направлении восток-запад для наблюдений в утреннее и вечернее время. Часовое ведение осуществляется при помощи шагового двигателя, который вращает коронную шестерню через редуктор.

Дополнительное зеркало направляет пучок вниз в вертикальную трубу. Оно имеет размер 110 см. В течение дня оно почти неподвижно. Тонкое движение зеркала по одной координате во время наблюдений осуществляется системой фотогида.

Целостатная система расположена на высоте 20 м. Здесь значительно меньше турбулентных потоков, чем возле земли, что улучшает качество изображения Солнца.


Оптическая схема — Справочник химика 21


    Спектрофотометры. Использование спектрофотометров с призмой или дифракционной решеткой обеспечивает высокую моно-хроматизацию потока излучения. Это открывает большие возможности для повышения чувствительности и для увеличения избирательности методов определения отдельных элементов, а также для исследования состояния вещества в растворе и процессов комплексообразования. Например, только спектрофотометр пригоден для изучеиия спектров поглощения редкоземельных элементов, которые имеют большое число узких максимумов поглощения. Нерегистрирующие однолучевые спектрофотометры СФ-4, СФ-4А, СФ-5, СФД-2 имеют общую оптическую схему, представленную на [c.473]
    Рефрактометр типа Аббе отечественной конструкции ИРФ-22 предназначается для непосредственного измерения показателя преломления жидких и твердых тел в интервале 1,3 —1,7 для линий с точностью до 2-10 ) а также для измерения средней дисперсии этих тел с точностью до 1,5-10 » Оптическая схема прибора состоит из визирной и отсчетной систем. Визирная система. Лучи света от зеркала 1 (рис. V. 7) направляются в осветительную призму 2, проходят тонкий слой исследуемой жидкости, измерительную нризму 5, защитное стекло 4, компенсатор 5 и попадают в объектив б далее, преломляясь в призме 7, проходят пластинку 8 с перекрестием и через окуляр 9 попадают в глаз наблюдателя. [c.83]     Спектрофотометр состоит из осветителя, двойного призменного монохроматора, фотометра поляризациоиноготипа, приемно-усилительного устройства и записывающего устройства. Оптическая схема прибора (рис. 32) состоит из спектральной и фотометрической частей. Свет от источника света кинопроекционной лампы / через конде[)сор 2 [c.48]

    Принципиальная оптическая схема двухлучевых фотоэлектроколориметров (ФЭК-М, ФЭК-Н-57, ФЭК-58) приведена на рис. 73. [c.471]

    ФЭК-Н-57. Прибор имеет ту же оптическую схему, что и ФЭК-М. Однако в его конструкцию внесен ряд усовершенствований, расширяющих возможности применения этого прибора. [c.472]

    Верхний столик 2 (см. рис. 36) двигается от мотора через редуктор и систему передач. Смещение верхнего столика при помощи стеклянного рычага передается на нижний столик 3. Передаточное число можно менять смещением подвижной центральной опоры рычага. Смещение производится маховичком 4. По шкале 5 можно установить любое передаточное число. Для включения мотора на передней панели предусмотрен переключатель 6, для быстрого перемещения верхнего столика служит маховичок 7. Более подробно оптическая схема описана на стр. 53 (основная оптическая схема микрофотометра МФ-4 практически не отличается от оптической схемы микрофотометра МФ-2). [c.56]

    Наиболее широкое распространение в аналитической практике получили пламенные фотометры с интерференционными светофильтрами. Принципиальная оптическая схема такого фотометра представлена на рис. 1.14. Анализируемый раствор распыляется сжатым воздухом в распылителе 2 и подается в пламя 5 в виде аэрозоля. Крупные капли аэрозоля конденсируются на стенках распылителя и удаляются через слив 3. Устойчивый и мелкодисперсный аэрозоль увлекается в пламя, предварительно смешиваясь с горючим газом. Суммарное излучение пламени, прямое и отраженное рефлектором 4 через диафрагму 6 и конденсаторы 7, 8 попадает на интерференционный светофильтр 9, а выделенное им излучение собирается конденсором 10 в сходящийся пучок и, пройдя защитное стекло И, попадает на катод фотоэлемента или фотоумножителя 12. Электрический сигнал после усилителя 13 отклоняет стрелку микроамперметра 14. В блоке питания 15 находятся автокомпенсацион-ные стабилизаторы и преобразователь напряжения. [c.39]

    Рнс. 1.4, Упрощенная оптическая схема стилометра СТ-7  [c.14]

    Оптическая схема прибора состоит из измерительной призмы / (рис. 43), осветительной системы II, зрительной трубы III п отсчет-ной системы IV. Источником монохроматического спета служат трубки Гейслера или натриевая лампа. При использовании трубок Гейслера /, наполненных Н. или Не, применяется конденсор 2. Призма 3 в этом случае отводится с оптической оси. При использовании натриевой лампы 4 призму Л с приклеенным к ней конденсором 5 поворачивают так, чтобы луч света, отраженный от ее грани, нроншл через конденсор 5 и попал на кювету с исследуемым веществом. [c.87]


    Рис, 29, Оптическая схема инфракрасного спектрометра ИКС-12 [c.44]

    На рие. 166 представлена оптическая схема прибора. [c.377]

    Оптическая схема микрофотометра приведена на рис. 1.11. Свет лампы 1 в микрофотометре разделяется на два световых [c.28]

    Рнс. 1.11 Оптическая схема микрофотометра МФ-2  [c.29]

    Принципиальная оптическая схема колориметра КН-51 изображена на рис. VI. 8. [c.106]     Голографическая интерферометрия — высокочувствительный бесконтактный метод измерения перемещения поверхности детали или узла конструкции. Сущность его состоит в сравнении световых воли, отраженных поверхностью предмета в различных состояниях нагружения. Волны интерферируют и записываются голографически на специальной пленке, давая в зависимости от перемещения определенную картину полос. Этим методом можно исследовать динамические процессы, в частности вибрации. Для получения голограммы используют специальную оптическую схему, в состав которой входит лазер, как мощный источник когерентного освещения. [c.22]

    Кроме того, фотоэлектрические колориметры допускают большую быстроту и точность определений и возможность автоматизации контроля производства или анализа, чем устраняются субъективные факторы, связанные с участием человека при производстве измерения (квалификация, навык, опытность). Поэтому желательно введение фотоэлектрических колориметров в практику нефтяного контроля. В Советском Союзе был создан универсальный фотоэлектрический колориметр ФЭКН-56, принятый в качестве стандартного (ГОСТ 8933-58) для определения цвета жидких нефтепродуктов. Принципиальная оптическая схема ФЭКН-56 изображена на рис. VI. И. [c.108]

    Оптическая схема спектрометра ПК-10 представлена на рис. 33. Инфракрасное излучение от силитового стерж1 я / направляется двумя зеркалами 2 и 2 а на кювету с поглощающим веществом 3 и кювету сравнения 3 а. Зеркалами 4 5 оба луча нанрав,Г яются на сферическое зеркало 6. Зеркало 5 вращается вокруг оси и имеет два вырезанных сектора. Это зеркало пропускает поочередно на сферическое зеркало 6 то поток, прошедший через кювету сравнения, то поток, прошедший через кювету с исследуемым веществом. Сферическое зеркало 6 находится в фокусе источника излучения, поэтому оно направляет световой поток параллельным пучком на призму 7, которая вместе с двумя другими призмами находится па вращающемся столике 8. [c.52]

    Оптическую плотность золя определяют с помощью прибора ФЭК-56М, оптическая схема которого приведена на рис. 34. [c.114]

    Оптическая схема спектрометрического детектора представлена на рис. 11.15. Световой поток от ртутной лампы 1 проходит систему кварцевых линз 2 и разделяется зеркалами 3 на два потока. Один из них проходит через измерительную ячейку 6, другой — через сравнительную 7. Затем свето-вой поток проходит фильтры 8, 9, выделяющие излучение с определенной длиной волны (например, [c.91]

    Регистрирующий микрофотометр МФ-4 с потенциометром ЭПП-09. Оптическая схема ирибора аналогична оптической схеме микрофотометра МФ-2. Различие заключается липJь в том, что фотоэлемент микрофотометра соединен не с зеркальным гальванометром, а с потенциометром ЭПП-09 через усилительное устройство. [c.58]

    Фотоэлектрический колориметр-нефелометр ФЭК-Н-57 (рис. 167). Оптическая схема ФЭК-Н-57 аналогична схеме ФЭК-М (см. рис. 166) Одиако фо гоколоримстр ФЭК-Н-57 имеет некоторые усовернтенство-вапия ЕЮ сравнению с ФЭК-М. Он снабжен набором из девяти узкополосных светофильтров, благодаря чему люжет быть использовап, как уирощеппыи спектрофотометр. [c.379]

    Для иредохранення призм и некоторых деталей оптической схемы прибора от действия влаги атмосферного воздуха, прибор снабжен постоянно работающим кондиционером, который осушает воздух, иоглощает из него СО. и подогревает воздух до некоторой постоянной температуры. Это предохраняет прнзмы от конденсации на них влаги и поддерживает постоянной дисперсию прибора. [c.52]

    Оптическая схема. При проведении количественных фотохимических исследований расположег[ие частей оптической схемы (источник света, фильтры, линзы, фотохимическая кювета и приемник излучения) должны отмечать требованиям максимальной интенсивности и получения однородного пучка света внутри кюветы. [c.149]

    Оптическая схема и общий вид фотоколориметров. Фотоко-лориметры КФК, ФЭК-56М, ФЭК-56 имеют общую оптическую схему, представленную на рис. 4.19. Световой поток от источч ника света /, пройдя через светофильтр 2, попадает на призму 3, которая делит поток на два левый и правый. Далее параллельные потоки идут через кюветы 4—4 или 4—4, диагфрагмы 5, 6 [c.205]

    На рис. 53 приведена оптическая схема, включающая в себя лампу И, систему линз и диафрагм, фильтр и приемник излучения. Линзы подбираются исходя из следующих требований Л] для получения параллельио1 о пучка света, проходящего через фильтр Ф Лг для сужения пучка света до такой величины, чтобы он имел иаименьщий диаметр приблизительно в центре кюветы К, Лз для фокусировки света на приемник излучения Я. Диафрагмы Дь Дг, Дз служат для того, чтобы весь свет проходил через линзу Л, фильтр Ф и фотохимическую кювету /С соответственно. [c.149]


Оптические схемы гост

Способ соединения Обозначение на чертежах сборочных единиц на чертежах деталей при оптическая Соединение на оптическом контакте без вяжущих гостов На оптическом контакте Поверхность на оптическом контакте Соединение посредством клея По ГОСТ 2. Изображения условные графические электрооборудования и схем на планах ГОСТ Данные об элементах должны быть указаны в таблице схем. Требования к оформлению гостов оптических деталей, узлов и схем по ГОСТ 2. При выполнении чертежей и схем оптических изделий применяют: обозначения основных величин физической оптики — по ГОСТ , основных величин геометрической оптики — по ГОСТ , элементов оптических деталей, предельных отклонений физических величин и допускаемой неточности изготовления оптических деталей, шероховатости поверхностей — по ГОСТ Приложение I.


Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам. ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Как читать электрические схемы

лекция 3 / ВИДЫ И ТИПЫ СХЕМ. Обозначение схем тип и вид


Единая система конструкторской документации. Unified system for design documentation. Rules for making drawings and diagrams of optical products. Настоящий стандарт устанавливает правила выполнения рабочих чертежей и схем оптических изделий всех отраслей промышленности. Рабочие чертежи оптических изделий должны быть выполнены в соответствии с требованиями стандартов Единой системы конструкторской документации и настоящего стандарта. Оптические детали и сборочные единицы, состоящие из оптических деталей, соединенных между собой склеиванием или оптическим контактом, следует изображать на чертеже по ходу луча, идущего слева направо, а на схеме — по ходу луча.

При выполнении чертежей и схем оптических изделий необходимо применять следующие обозначения:. Буквенные обозначения — по приложению 2. На чертеже оптической детали в правой верхней части следует помещать таблицу параметров, состоящую из трех частей:.

На чертеже оптической сборочной единицы таблица параметров должна состоять из двух частей:. Части таблицы следует отделить друг от друга, сплошной основной линией черт. Если какое-либо из требований таблицы не нормируется, то в соответствующей графе следует ставить прочерк или графу не вводить. На чертеже оптической детали фаску следует изображать, как показано на черт.

Защитную предохранительную фаску допускается графически не изображать. Размеры такой фаски следует указывать на полке линии-выноски черт. Если угол наклона фаски для предохранения от выкалывания не нормируется, то на изображении детали или в технических требованиях следует указывать только ширину фаски.

Максимально допустимую ширину фаски следует указывать как показано на черт. На чертеже оптической детали и сборочной единицы с плоскими и сферическими поверхностями необходимо задавать децентрировку одним из допусков: позиционным, формы заданной поверхности, перпендикулярности черт. На чертеже оптической детали и сборочной единицы с асферическими поверхностями следует указывать положение асферической поверхности текстом в технических требованиях приложение 3.

Позиционным допуском задастся на чертеже децентрировка, то есть смещение центра кривизны нормируемой поверхности с оси, определяемой базовыми поверхностями черт. Допуск формы заданной поверхности использован для определения разности толщины линзы по краю, то есть наибольшее допускаемое отклонение точек реальной поверхности от номинальной относительно заданных базовых поверхностей черт.

При необходимости указать разность толщины линзы на заданном диаметре, следует указать этот диаметр рядом с допуском и отделить от него наклонной линией.

В технически обоснованных случаях вместо допуска центрирования первой поверхности наклеиваемой детали С в , С д черт. Измененная редакция, Изм. Допускается на сборочных чертежах штриховать оптические поверхности тонкими линиями: сферические и асферические поверхности в соответствии с черт.

На чертеже сборочной единицы, при необходимости, повторяют маркировку, указываемую на чертежах соответствующих деталей. В первой части таблицы параметров должны быть указаны требования к материалу согласно ГОСТ или другим стандартам ТУ. Перечень допустимых сокращений слов, применяемых для указания показателей качества, их категорий и классов на чертежах, приведен в приложении 4.

Во второй части таблицы должны быть указаны в зависимости от вида детали требования к изготовлению:. В третьей части таблицы должны быть указаны расчетные данные:. Размеры, определяющие световую зону, следует округлить до десятых долей миллиметра. На изображении оптической детали допускается ограничивать тонкой штрихпунктирной линией световую зону световой диаметр с указанием на полке линии-выноски, проведенной от световой зоны светового диаметра , условного знака О з О ф , черт.

Допускается ограничивать тонкой штрихпунктирной линией и обозначать буквой часть световой зоны, если требования к ней отличаются от требований к остальной световой зоне. Требования к части световой зоны указывают в таблице параметров или в технических требованиях чертежа.

Допускается ограничивать тонкой штрихпунктирной линией область изображения и штриховать черт. Допускается указывать поверхность, содержащую штрихи, деления, знаки и т.

Введены дополнительно, Изм. Детали, подлежащие оптическому покрытию. На изображении поверхности детали, подлежащей оптическому покрытию, или на полке линии-выноски к ней необходимо проставлять условный графический знак покрытия. В технических требованиях следует указывать условный графический знак с буквенными обозначениями поверхности, условное обозначение покрытия и соответствующие характеристики согласно действующим стандартам.

Допускается указывать наименования источников и приемников излучения, применяемых при измерениях. Если на одну поверхность наносится несколько различных покрытий, то условное обозначение покрытия должно состоять из условных обозначений всех наносимых на поверхность покрытий в последовательности их нанесения. Если покрытие необходимо нанести только на часть поверхности детали, то зону покрытия следует обвести штрихпунктирной утолщенной линией с указанием ее размеров.

Условный знак покрытия необходимо наносить на полке линии-выноски. Детали с асферическими поверхностями. Асферическую поверхность следует определять уравнением и приводить его в технических требованиях чертежа.

На поле чертежа допускается помещать таблицу, в которой указываются необходимые параметры или требования, определяемые в контрольной схеме приложение 3 , черт. В первой части таблицы параметров на чертеже оптической сборочной единицы в зависимости от конструкции изделия следует указывать:. Во второй части таблицы должны быть указаны параметры по п. На чертеже оптической сборочной единицы при необходимости указывают знаки покрытий для справок черт. Поверхности соединения следует обозначать в соответствии с таблицей.

По ГОСТ 2. Соединение плавлением без вяжущих материалов с пластической деформацией одной детали. Соединение плавлением без вяжущих материалов с пластической деформацией обеих деталей. Элементы, поворачивающиеся или перемещающиеся вдоль или перпендикулярно оси, следует показывать в основном рабочем положении. Кроме основного рабочего положения могут быть показаны и другие положения элементов, например, крайние.

При необходимости, например, при изображении поворачивающихся элементов, допускается обозначать оси прописными буквами русского алфавита.

Номера позиций элементам схемы следует присваивать по ходу луча. При разветвлении схемы в несколько направлений номера позиций следует указывать по одному из направлений до конца, затем последующие номера позиций по другому направлению и т. Если в схему изделия входит элемент, имеющий самостоятельную принципиальную схему расчет оптических величин , то его следует изобразить упрощенно приложение 3 , черт.

Повторяющимся элементам необходимо присваивать один и тот же номер позиции, после которого в скобках допускается ставить порядковый номер. Допускается присваивать номера позиций источникам излучения и приемникам лучистой энергии. Данные об элементах должны быть указаны в таблице черт.

На принципиальной оптической схеме следует помещать:. Допускается основные оптические характеристики изделия указывать с предельными отклонениями или их наибольшие и наименьшие значения;.

Эти данные следует помещать на поле схемы в таблице черт. Размеры граф не устанавливаются:. Допускается указывать световые диаметры и соответствующие им стрелки. О ф — световой диаметр световая зона на поверхности круглой формы ;. L — длина хода луча в призме геометрическая ;. N — предельное отклонение стрелки кривизны поверхности детали or стрелки кривизны поверхности пробного стекла или допускаемая сферичность плоской поверхности, интерференционное кольцо полоса ;.

RMS — среднеквадратическое отклонение;. Р — класс чистоты полированной поверхности;. Пример выполнения чертежа линзы с параболической поверхностью. Пример выполнения оптической принципиальной и расположения объединенной схемы визира.

Категория по свилеподобным дефектам — свилеподобн. ГОСТ 2. ГОСТ ИУС Сборочные чертежи изделий, состоящих из оптических деталей. Правила выполнения оптических схем.. Приложение 1 Обозначения специальных оптических покрытий на чертежах. Приложение 2 Буквенные обозначения, применяемые на чертежах и схемах. Приложение 3 Пример выполнения чертежа линзы с параболической поверхностью.. Приложение 4 Перечень допускаемых сокращений слов, применяемых на чертежах.

Москва Стандартинформ Способ соединения Обозначение на чертежах сборочных единиц на чертежах деталей при необходимости Соединение на оптическом контакте без вяжущих материалов На оптическом контакте Поверхность на оптическом контакте Соединение посредством клея По ГОСТ 2.

Тип покрытий Условный графический знак Зеркальные: внешнее внутреннее Светоделительные покрытия полупрозрачные зеркала Просветляющие покрытия Фильтрующие: общее обозначение отрезающие узкополосные полосовые специальные Защитные прозрачные покрытия Электропроводящие Поляризующие покрытия Светопоглощающие. Оптическая характеристика Значение номин. Увеличение Угловое поле оптической системы в пространстве предметов Диаметр выходного зрачка Удаление выходного зрачка от последней поверхности Предел разрешения Перемещение окуляра на одну диоптрию.

Зона Поз. Обозначение Наименование Кол. Светофильтр 1 12 Окуляр 1. Общие требования. Рабочие чертежи деталей. На главную База 1 База 2 База 3. Поиск по реквизитам Поиск по номеру документа Поиск по названию документа Поиск по тексту документа. Показать все найденные Показать действующие Показать частично действующие Показать не действующие Показать проекты Показать документы с неизвестным статусом. Упорядочить по номеру документа Упорядочить по дате введения.


ГОСТ 2.701-84 ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению

ОКСТУ N срок действия установлен с Стандарт соответствует Публикации МЭК Измерение затухания оптических кабелей проводят методами обрыва и вносимых потерь. Допускается для измерения затухания использовать метод измерения распределения потерь по длине метод обратного рассеяния.

Виды и типы схем Правила выполнения схем, условные графические устройства и функционирования оптической системы изделия (ГОСТ 84).

Энциклопедия по машиностроению XXL

Forgot your password? Started by Kaliban12 , April 26, Большая проблема и непонимание, где же необходимо искать информацию, привели меня на этот форум. Может быть Ваши знания и опыт смогут как-то помочь некоторых вопросах. Мы занимается разработкой волоконно-оптических устройств и, соответственно, на них документацию и нужно выпускать. Дело в том, что ГОСТов по оптике совсем не много, помимо различных проверок оптического волокна, мне известно всего лишь несколько ГОСТов, относящиеся к оформлению КД на оптические схемы 2. И на схемы в целом, потому как я полагаю, что общие правила тоже подойдут, как например ГОСТ 2. Все остальное, как например гост, который бы регламентировал схему оптическую принципиальную, или любую другую схему — отсутствует. Можно только с завистью смотреть на госты относящиеся к электронике. В связи с тем, что не могу найти необходимую информацию, а оформлять КД нужно скопились некоторые вопросы:.

Требования к оформлению чертежей оптических деталей

Докипедия просит пользователей использовать в своей электронной переписке скопированные части текстов нормативных документов. Автоматически генерируемые обратные ссылки на источник информации, доставят удовольствие вашим адресатам. Перейти к основному содержанию. Требования к технологическому Форма поиска Поиск.

Unified system for design documentation.

Гост оптическая схема

Настоящий стандарт устанавливает условные графические обозначения компонентов и элементов волоконно-оптических систем передачи на схемах, выполняемых вручную или автоматизированным способом, во всех отраслях промышленности. Знаки, характеризующие электронно-оптические и фотоэлектрические эффекты, приведены в табл. Изображение эффектов применяют для образования условных графических обозначений элементов аппаратуры волоконно-оптических систем передачи см. Знаки, характеризующие типы оптических волноводов и соединение пучков оптических волокон, приведены в табл. Оптический волновод, оптическая линия, оптическое волокно, волоконный световод, оптический кабель. Общее обозначение.

Приложение I. Требования к оформлению чертежей оптических деталей, узлов и схем (по ГОСТ 2.412-81)

ГОСТ Система условных обозначений. Components of fibre optical transmission systems. Symbol system. СТ СЭВ Утверждено и введено в действие Постановлением Государственного комитета СССР по управлению качеством продукции и стандартам от

Виды и типы схем Правила выполнения схем, условные графические устройства и функционирования оптической системы изделия (ГОСТ 84).

Виды и типы. Наименование и код схем определяют их видом и типом. Код схемы должен состоять из буквенной части, определяющей вид схемы, и цифровой части, определяющей тип схемы таблица

Единая система конструкторской документации. Unified system for design documentation. Rules for making drawings and diagrams of optical products. Настоящий стандарт устанавливает правила выполнения рабочих чертежей и схем оптических изделий всех отраслей промышленности. Рабочие чертежи оптических изделий должны быть выполнены в соответствии с требованиями стандартов Единой системы конструкторской документации и настоящего стандарта. Оптические детали и сборочные единицы, состоящие из оптических деталей, соединенных между собой склеиванием или оптическим контактом, следует изображать на чертеже по ходу луча, идущего слева направо, а на схеме — по ходу луча.

ГОСТ 2. Единая система конструкторской документации.

Unified system for design documentation. Kinds and types. General requirements for fulfilment. Настоящий стандарт распространяется на схемы, выполняемые вручную или автоматизированным способом, изделий всех отраслей промышленности, а также электрические схемы энергетических сооружений электрических станций, электрооборудования промышленных предприятий и т. Схемы в зависимости от видов элементов и связей, входящих в состав изделия установки , подразделяют на следующие виды:.

Рабочие чертежи оптических изделий должны быть выполнены в соответствии с требованиями стандартов Единой системы конструкторской документации и ГОСТ 2. Оптические схемы, детали и узлы следует изображать на чертеже по ходу луча, идущего слева направо. При выполнении чертежей и схем оптических изделий необходимо применять обозначения основных величин физической оптики — по ГОСТ , основных величин геометрической оптики — по ГОСТ , схем оптических — по ГОСТ 2. На чертежах поверхности оптических деталей обозначаются прописными буквами русского алфавита, которые наносят на полках линий-выносок.


Физики разработали полностью оптические фотонные схемы для реализации квантовой памяти

Сотрудники физического факультета МГУ разработали полностью оптические фотонные схемы для реализации квантовой памяти. Исследование опубликовано в журнале Optics Express и выполнено в рамках Программы развития Междисциплинарной научно-образовательной школы Московского университета «Фотонные и квантовые технологии. Цифровая медицина». Его результаты позволят отказаться от использования атомных систем и реализуют полностью оптическое управление. Разработанные схемы имеют принципиальное значение для практических приложений в области квантово-информационных технологий и могут быть уже сейчас использованы в современных устройствах.

В последнее время квантовая оптика на чипе стала одной из самых многообещающих платформ для развития квантовых технологий и квантовых вычислений. Преимущества таких схем заключаются в возможности масштабирования и перепрограммирования, что позволяет выполнять различные алгоритмы на одном устройстве. Управление такими схемами за счет нелинейности второго порядка позволяет существенно увеличить быстродействие и уменьшить потери. Однако на сегодняшний день целый ряд квантово-информационных протоколов используют также и атомные системы, в которых легко реализуются методы записи, хранения и считывания квантовой информации и другие операции, основанные на эффектах, обнаруженных именно в атомах.

«В данной статье представлен новый подход, в котором вместо атомных систем используются классические и квантовые оптические поля, распространяющиеся в связанных нелинейных волноводах, что позволяет воспроизводить многие важные физические эффекты, известные в атомной квантовой оптике. Продемонстрирована реализация явления электромагнитной индуцированной прозрачности (EIT), вынужденного рамановского адиабатического переноса населенности (STIRAP)», — рассказала автор статьи доктор физико-математических наук, профессор кафедры атомной физики, физики плазмы и микроэлектроники МГУ Ольга Тихонова.

В отличие от реальных атомных систем, предлагаемый подход позволяет варьировать параметры моделируемой атомной системы в широких пределах, «конструируя» ее по своему усмотрению, и фактически является развитием перспективного направления по полностью оптическому управлению и контролю квантовых эффектов.

Главным результатом статьи является разработка полностью оптических фотонных схем, с помощью которых реализуются широкополосная квантовая память и эффективное квантовое преобразование частоты. Преимущество предложенных схем заключается в отказе от использования атомных систем и полностью оптическом управлении, что обеспечивает более простую реализацию, возможность интеграции с другими устройствами, подавление различных механизмов декогеренции, а также широкий частотный диапазон. «Важной особенностью разработки является воспроизведение квантово-оптических эффектов на основе использования классического света с простыми классическими измерениями, хотя возможна работа и в квантовом однофотонном режиме. Разработанные схемы имеют принципиальное значение для практических приложений в области квантово-информационных технологий и могут быть уже сейчас непосредственно использованы в современных устройствах», — добавила Ольга Тихонова.

 

Информация предоставлена пресс-службой МГУ

Источник фото: https://phys.msu.ru/rus/gallery/symbolics/

Как устроены телескопы различных оптических схем?

Оптический телескоп предназначен для того, чтобы с его помощью наблюдать далёкие небесные объекты. Если перевести это слово с греческого языка на русский, оно будет означать «наблюдаю далеко».

Начинающие астрономы-любители, безусловно, интересуются тем, как устроен телескоп и какие виды этих оптических приборов существуют. Новичок, придя в магазин оптики, часто спрашивает продавца: «А вот этот телескоп во сколько раз увеличивает?» Кому-то следующее утверждение может показаться удивительным, но сама постановка вопроса является некорректной.

Дело не в увеличении?

Есть люди, которые думают, что чем больше увеличивает телескоп, тем «круче». Кто-то считает, что он приближает к нам удалённые объекты. И то, и другое мнение является ошибочным. Основная задача этого оптического инструмента — собрать излучение волн электромагнитного спектра, к которым относится и свет, видимый нами. Кстати, в понятие электромагнитного излучения входят и другие волны (радио-, инфракрасные, ультрафиолет, рентген и т. д.). Современные телескопы могут улавливать все эти диапазоны.

Итак, суть функций телескопа заключается не в том, во сколько раз он увеличивает, а в том, какое количество света он может собрать. Чем больше света соберёт линза или зеркало, тем чётче будет нужная нам картинка.

Для создания хорошего изображения оптическая система телескопа концентрирует световые лучи в одной точке. Она называется фокусом. Если свет не будет сфокусирован в ней, мы получим размытую картинку.

Какими бывают телескопы?

Как устроен телескоп? Различают несколько основных их видов:

  • рефракторы. В конструкции рефрактора используют только линзы. Его работа основана на преломлении световых лучей;
  • рефлекторы. Они полностью состоят из зеркал, при этом, схема телескопа выглядит так: объектив — это главное зеркало, а есть ещё и вторичное;
  • катадиоптрики или смешанного типа. Они состоят как из линз, так и из зеркал.

Как работают рефракторы

Объектив любого рефрактора выглядит в виде двояковыпуклой линзы. Её задача — сбор световых лучей и концентрация их в одной точке (фокусировка). Увеличение исходного изображения мы получаем через окуляр. Линзы, которые используют в современных моделях телескопов, являются сложными оптическими системами. Если ограничиться применением только одной крупной линзой, выпуклой с двух сторон, это чревато сильными погрешностями получаемого изображения.

Во-первых, изначально лучи света не могут чётко собраться в одну точку. Такое явление получило название сферической аберрации, в результате которой невозможно получение картинки с одинаковой резкостью на всех её участках. При использовании наведения можно увеличить резкость в центре изображения, но мы получим размытые края — и наоборот.

Кроме сферической, рефракторы также «грешат» хроматической аберрацией. Искажение цветового восприятия происходит потому, что в состав света, исходящего от космических объектов, входят лучи разного цветового спектра. Когда они проходят сквозь объектив, то не могут преломляться одинаково, следовательно, рассеиваются по разным участкам оптической оси инструмента. Результатом становится сильное искажение цвета получаемого изображения.

Специалисты-оптики хорошо научились «бороться» с аберрациями разного рода. С этой целью они изготавливают оптические системы рефракторов, состоящие из разных линз. Таким образом коррекция картинки становится реальной, но усилий подобная работа требует немалых.

Принцип работы рефлекторов

Появление телескопов-рефлекторов в астрономии неслучайно, так как хроматическая аберрация у «зеркалок» отсутствует вовсе, а сферические искажения можно откорректировать, изготовив главное зеркало в форме параболы. Такое зеркало получило название параболического. Вторичное зеркальце, которое тоже входит в его конструкцию, предназначено для того, чтобы отклонять лучи света, отражаемые главным зеркалом и выводить картинку в верном направлении.

Именно главное зеркало, имеющее форму параболы, обладает уникальным свойством чётко сводить все световые лучи в один фокус.

Зеркально-линзовые телескопы

В оптическую конструкцию зеркально-линзовых телескопов входят и линзы, и зеркала одновременно. В качестве объектива здесь служит зеркало сферической формы, а линзы предназначены для устранения всех возможных аберраций. Если сравнить зеркально-линзовые телескопы с рефракторами и рефлекторами, можно сразу обратить внимание на то, что у катадиоптриков короткая и компактная труба. Это обусловлено системой многократного переотражения световых лучей. Если использовать разговорный язык астрономов-любителей, фокус у таких телескопов словно находится в «сложенном состоянии». Благодаря компактности и лёгкости катадиоптриков они пользуются высокой популярностью в астрономической среде, однако стоят такие телескопы гораздо дороже, чем простой рефрактор или обычная «зеркалка» системы Ньютона.

оптических схем. «Количество встроенных транзисторов… | Айша Парвин | IETE SF MEC

« Количество транзисторов, встроенных в микросхему, будет примерно удваиваться каждые 24 месяца».

Связь по медным проводам имела много недостатков, включая затухание, искажения, электромагнитные помехи (EMI), перекрестные помехи и т. д. Изобретение волоконных кабелей, по которым информация передавалась по стеклянным проводам, стало прорывом в телекоммуникациях.Поскольку информация, проходящая через стеклянные волокна, была в форме световых сигналов, она могла решить все проблемы, связанные с передачей по медным проводам.

Оптические схемы, как следует из названия, используют для работы световые сигналы и могут использоваться для связи. Интегральные оптические схемы, также известные как фотонные интегральные схемы (PIC), представляют собой устройства, в которых несколько оптических компонентов, использующих фотоны для работы, включая фотонные датчики, интегрированы аналогично обычной интегральной схеме (I.C), где интегрированы несколько электронных компонентов, которые используют электрические сигналы для работы. Фотоника относится к физической науке о генерации, обнаружении и управлении фотонами (светом) посредством излучения, передачи, модуляции, обработки сигналов, переключения, усиления и восприятия.

Схематическое изображение фотонного чипа

Изготовление оптических схем осуществляется с использованием технологии в масштабе пластины или интеграции в масштабе пластины, при которой большие интегральные схемы строятся с использованием всей подложки для производства одного чипа.Устройства, интегрированные в чип, включают межблочные волноводы с малыми потерями, делители мощности, оптические усилители, оптические модуляторы, фильтры, лазеры и детекторы.

Оптические схемы могут быть разных типов, в зависимости от требуемой функции. Например, PIC на основе диоксида кремния (SiO2) обладают свойствами, подходящими для изготовления AWG (решетчатых волноводных решеток).

AWG используется в качестве оптического (де)мультиплексора в системах мультиплексирования с разделением по длине волны (WDM). Устройства с системами WDM способны мультиплексировать множество длин волн в одно оптическое волокно, что значительно увеличивает пропускную способность оптических сетей.Поскольку световые волны разных длин волн не интерферируют линейно друг с другом, свет можно легко мультиплексировать. Генераторы произвольной формы могут использоваться как мультиплексор (на стороне передачи) и демультиплексор (на стороне приема) в сети оптической связи.

Входящий свет (1) пересекает свободное пространство (2) и попадает в пучок оптических волокон или канальных волноводов (3). Волокна имеют разную длину и, следовательно, применяют различный фазовый сдвиг на выходе из волокон. Затем свет проходит через другое свободное пространство (4) и интерферирует на входах выходных волноводов (5) таким образом, что каждый выходной канал принимает только свет определенной длины волны.Оранжевые линии иллюстрируют только световой путь. Световой тракт от (1) до (5) — демультиплексор, от (5) до (1) — мультиплексор. Обычно используются кремний на изоляторе

(SOI) и ниобат лития на изоляторе (LNOI).

Кремний на изоляторе (КНИ)

Изучение и применение фотонных систем, использующих кремний в качестве оптической среды, называется кремниевой фотоникой. Кремний прозрачен на длинах волн, обычно используемых для оптической связи, из-за его собственной ширины запрещенной зоны, равной 1.1 эВ. Кремниевые фотонные устройства в КМОП (комплементарная среда оксида металла и полупроводника) позволяют создавать недорогие фотонные решения.

Комбинация фотонных и электронных устройств на кремниевой пластине известна как гибридная фотонная интегральная схема.

Микросхема кремний-на-изоляторе (26 × 11 мм2) с примерно 800 тестовыми структурами: волноводы, модуляторы Фабри-Перо, рамановские лазеры и усилители, преобразование частоты во время, модуляторы Маха-Цандера и т. д.

Чип изготовлен путем помещения слоя изоляционного материала (SiO2) между двумя слоями кремниевой подложки толщиной 220 нм и 500 мкм. Контраст показателя показателя кремниевого слоя устройства по сравнению со слоем изолирующего оксида может быть использован для изготовления оптических волноводов с низкими потерями нанометрового размера. Эти небольшие волноводы могут быть изогнуты с радиусом всего до 5 микрометров, что может использоваться для многих процессов, включая оптогенетику (биологический метод, который включает использование света для управления нейронами).

Поперечное сечение волновода (металлическая трубка, ограничивающая микроволны) в КНИ, СЭМ (сканирующий электронный микроскоп) изображение КНИ волновода с конструкцией отверстий (зеркало-спейсер-зеркало).

Резонаторы и оптические резонаторы играют важную роль в фотонной интегральной схеме. Для управления светом для захвата и испускания фотонов, генерации, переключения и оптической фильтрации в PIC требуются сверхмалые полости. Оптические резонаторы используются для оптической модуляции. Оптическая модуляция — это процесс кодирования информации на несущей оптической волне.Наиболее популярными компонентами являются кольцевые резонаторы и микрорезонаторы на фотонных кристаллах.

Одномерные (1D) микрополости имеют очень небольшую площадь (пространство на оптическом компоненте, занимаемое световым лучом) и поэтому хорошо подходят для очень плотной упаковки. Высокоэффективная электрооптическая модуляция в кремнии в основном была продемонстрирована с использованием модуляторов Маха-Цендера. Эти модуляторные устройства имеют длину в миллиметрах.

Модулятор Маха-Цендера используется для управления амплитудой оптической волны.Входной волновод разделен на два плеча волноводного интерферометра. Если на одно из плеч подается напряжение, для волны, проходящей через это плечо, индуцируется фазовый сдвиг. Когда два плеча рекомбинируются, разность фаз между двумя волнами преобразуется в амплитудную модуляцию.

Электрооптические модуляторы на основе кольцевых резонаторов. Кольцевой резонатор представляет собой набор волноводов, в котором хотя бы один представляет собой замкнутый контур, соединенный со входом и выходом света и выполняющий функции фильтра.

Сравнение размеров модуляторов для интегрированной оптики

Модуляторы Фабри-Перо – это модуляторы с двумя высокоотражающими зеркалами или параллельными поверхностями.

Кольцевые резонаторы имеют определенные недостатки.

Маленькие модуляторы имеют диаметр кольца до 12 мкм и частоту модуляции более 10 ГБ/с. Если размер колец еще больше уменьшить до менее 10 мкм, управляемая мода просачивается из кольцевого волновода. Поэтому уменьшение занимаемой площади модулятора ограничено.(Мода с утечкой, также известная как туннельная мода в оптическом волокне или другом волноводе, представляет собой моду, в которой электрическое поле монотонно затухает на конечном расстоянии в поперечном направлении, но становится колебательным везде за пределами этого конечного расстояния.)

Принципиальная схема оптический модулятор

Высокая температурная чувствительность кольцевых резонаторов может быть решена за счет уменьшения занимаемой площади электрооптических модуляторов. Это можно сделать с помощью одномерных микрорезонаторов.

Ниобат лития на изоляторе (LNOI)

По сравнению с другими материалами, такими как кремний, LiNbO3 (ниобат лития) имеет несколько естественных преимуществ, в том числе сильный электрооптический эффект, большой показатель преломления, широкую длину волны прозрачности (от 400 нм до 5 нм). мкм) и стабильными физическими и химическими характеристиками, что делает его одним из лучших материалов для интегральной фотоники.

Схематический вид встроенного фотонного чипа LNOI

Подобно кремнию на изоляторе (КНИ), LN на изоляторе (LNOI) состоит из субмикронной пленки LN на скрытом слое кремнезема, который находится поверх подложки. из кремния или LN. Типичная пластина LNOI имеет толщину пленки LN в сотни нанометров (обычно 300–900 нм) и диаметр 3 или 4 дюйма.

Для изготовления LNOI сначала получают монокристаллическую субмикрометровую пленку LN путем ионного разрезания объемного кристалла, а затем прикрепляют к подложке с низким показателем преломления с помощью бензоциклобутеновой связи или кристаллической связи.Для наноструктурирования LNOI можно использовать несколько методов, включая влажное травление, сухое травление, химико-механическую полировку (CMP), алмазную нарезку и прямую запись фемтосекундным лазером. Эти методы позволяют изготавливать гребневые волноводы или структуры LN на платформе LNOI.

Мокрое травление

Мокрое травление используется для прямого травления гребневых волноводов LN. Пленка хрома наносится поверх пленки LN в качестве маски для волновода и литографируется. Затем ЛН подвергается влажному травлению агрессивной жидкостью, например раствором 40% HF и 100% HNO3.

Мокрое травление используется не только для травления тонких пленок НЛ, но и для наноструктурирования тонких пленок НЛ, диффузионного титана или протонного обмена. Мокрое травление также используется для улучшения шероховатости боковой стенки волновода, вызванной остатками фоторезистивной маски. Поскольку процессы жидкого травления являются химическими и изотропными, создается наклонная боковая стенка. Из-за этого недостатка сухое травление считается лучшей альтернативой.

Сухое травление

Сухое травление является наиболее популярным методом изготовления высококачественного волновода из тонкопленочного LN.Метод сухого травления позволяет получить волновод субмикронного масштаба с низкими потерями на LNOI.

Сначала на верхнюю часть пластины LNOI наносится маска для травления. В соответствии с различными процессами могут использоваться различные травильные маски, такие как аморфный кремний или другие резисты (стойкое вещество, наносимое в качестве покрытия для защиты поверхности во время процесса).

Во-вторых, фотонные узоры определяются в маске травления с использованием различных методов, включая электронно-лучевую литографию (ЭЛС) или фотолитографию.

Электронно-лучевая литография (ЭЛС) — это процесс сканирования сфокусированным пучком электронов для рисования заданных форм на поверхности, покрытой электронно-чувствительной пленкой, называемой резистом.

Фотолитография, также называемая оптической литографией, используется для создания рисунка деталей на тонкой пленке или на основной части подложки (также называемой пластиной). Он использует свет для переноса геометрического узора с фотошаблона (также называемого оптической маской) на светочувствительный (светочувствительный) химический фоторезист на подложке.

Для повышения селективности травления или улучшения шероховатости боковины проводят отжиг. Отжиг относится к процессу нагревания вещества (обычно металла или стекла) и медленному охлаждению, чтобы снять внутренние напряжения и сделать его более жестким.

Третий и самый важный этап – травление тонкой пленки LNOI для получения волноводной структуры. Для сухого травления LNOI обычно используется реактивное ионное травление (RIE) и/или RIE с индуктивно-связанной плазмой (ICP-RIE).

Стандартный процесс сухого травления LNOI

Пластина LNOI (A), сначала нанесенная с маской для травления, (B) Маска для травления, сформированная с помощью электронно-лучевой литографии, © Определение геометрии структуры. С помощью реактивного ионного травления (RIE) или RIE с индуктивно-связанной плазмой (ICP-RIE) ниобат лития за пределами области волновода вытравливается, (D) удаляется травильная маска (E) формируется волновод.

Из-за химической стабильности LN для физического травления используется аргоновая (Ar) плазма.В последнее время Ar+ используется для физического травления, поскольку он создает более вертикальную боковую стенку, несмотря на то, что Ar+ увеличивает время травления. Другие параметры травления, такие как мощность ICP, мощность RIE, расход газа, давление и температура, влияют на скорость обработки, глубину травления, шероховатость поверхности и угол боковой стенки. После сухого травления маска травления удаляется, и процесс изготовления завершается.

Химико-механическая полировка (ХМП)

Химико-механическая полировка является альтернативой сухому травлению, позволяющей обеспечить максимально гладкую поверхность.Слой хрома используется в качестве маски в методе CMP и моделируется с помощью фемтосекундной лазерной абляции для определения формы волновода.

Фемтосекундная лазерная абляция — это высокоточная технология, позволяющая создавать тонкую текстуру материала (рябь, конусы, полости) с различной геометрией (период, ориентация, плотность структуры) с помощью лазеров.

Затем, с помощью машины для полировки пластин, открытая пленка LN может быть удалена для формирования волновода. Наконец, слой хрома поверх волновода LN можно удалить с помощью жидкостного травления раствором HF.

Если верхняя поверхность волновода должна быть очень гладкой, выполняется второй процесс CMP.

Стандартный производственный процесс химико-механического полирования (ХМП).

(A) Тонкая пленка Cr сначала наносится на пластину LNOI и подвергается абляции фемтосекундным лазером (B) для определения рисунка. Затем применяется ХМП © для полировки тонкой пленки ниобата лития. Наконец, маска из хрома удаляется влажным травлением, и для получения более гладкой поверхности применяется вторичный CMP (D).(E) показывает принципиальную схему процесса CMP.

Алмазная нарезка

Алмазная нарезка. Метод прямой обработки также может использоваться для изготовления гребневых волноводов на LNOI.

Угол боковины волноводов, изготовленных методом алмазной резки, определяется формой алмазного режущего диска. Волновод с высоким коэффициентом удлинения можно изготовить алмазной нарезкой, но ширина волновода и минимальное расстояние между двумя соседними волноводами во многом ограничиваются формой режущего лезвия.

Стандартный производственный процесс алмазной резки.

(A–F) Показан стандартный процесс изготовления алмазной нарезки, а (G) показана фотография волновода, сделанная с помощью сканирующего электронного микроскопа с использованием алмазной нарезки.

Прямая запись с помощью фемтосекундного лазера также использовалась в наноструктурировании LNOI, который представляет собой основанный на лазере метод точного трехмерного (3D) микро/нанопроизводства. Этот метод позволяет создавать крупномасштабные узоры на поверхности.

Схематическая диаграмма лазерного текстурирования поверхности с помощью фемтосекундного лазера

Для достижения высокой производительности интегрированных оптоэлектронных устройств, таких как электрооптические модуляторы, требуется волновод с малыми потерями.Двумя основными источниками потерь для интегрированных волноводов LN являются потери излучения (вызванные изгибом волновода) и потери рассеяния (вызванные шероховатостью поверхности).

Потери интегрированного волновода LN можно измерить несколькими методами:

Метод добротности

Это самый популярный метод, используемый для измерения добротности (добротности) микрокольца, поперечное сечение которого равно волновод. Более высокая добротность означает, что резонатор может «удерживать» больше энергии при заданной эффективности связи вход-выход.Факторы, такие как материал и структура резонатора, точность изготовления и эффективность связи, определяют коэффициент добротности.

Когда свет непрерывной волны (CW) критически связан с микрокольцом, потери в волноводе можно рассчитать по формуле α=2πneff/(Qλ), , где neff — индекс моды, а λ — резонансная частота. Этот метод особенно подходит для волноводов с малыми потерями, соответствующих микрокольцам с высокой добротностью, добротность которых можно точно измерить.

Метод Cut-Back

Метод Cut-Back является альтернативным и простым способом измерения потерь в волноводе.Измеряя мощность передачи волноводов различной длины, потери при распространении получают путем расчета наклона кривой зависимости передачи от длины волновода.

Интерферометрический метод

Интерферометрический метод — еще один способ измерения потерь в волноводах. Волновод с двумя полированными торцами можно рассматривать как резонатор Фабри – Перо (резонатор с двумя сильно отражающими зеркалами или параллельными поверхностями). Таким образом, передаваемая мощность периодически изменяется в зависимости от фазы приема-передачи, которую можно настроить с помощью термооптического или электрооптического эффекта.

Электрооптический эффект представляет собой изменение оптических свойств материала в ответ на электрическое поле, которое изменяется медленно по сравнению с частотой света. Изменение оптических свойств материала под действием теплового излучения известно как термооптический эффект.

Постоянная затухания α волновода получается путем измерения контраста K (также называемого видимостью или глубиной модуляции) интерференции Фабри-Перо.

Три метода: (A) метод добротности, (B) метод сокращения, © интерферометрический метод

Существуют две основные конструкции резонаторов; микродиск и микрокольцо.

Microdisk

Резонаторы Microdisk также известны как резонаторы режима шепчущей галереи (WGM), потому что этот тип резонаторов на основе LNOI имеет тот же физический принцип, что и резонаторы WGM на других платформах, таких как оптические волокна. Структура резонатора представляет собой сплошной микродиск из тонкой пленки LN диаметром в десятки микрометров. Чтобы улучшить входную и выходную эффективность связи волновода и ограничить моду МШГ внутри резонатора, поверхность кремнезема под микродиском LN удаляется жидкостным травлением после обработки микродиска.

(A) Изображение микродиска сверху, полученное оптическим микроскопом, (B) изображение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), показывающее общий вид, © Край микродиска

Микрокольцо

резонаторы имеют значительное преимущество. Микрокольцо можно сделать, замкнув петлю волновода. Такое преимущество обеспечивает большую гибкость конструкции микрокольца. Благодаря этому форма микрокольца может быть изготовлена ​​в соответствии с конкретными требованиями устройства.Например, для получения электрооптической частотной гребенки с длинными электродами разработано микрокольцо в форме беговой дорожки.

(A) Сканирующий электронный микроскоп (SEM) типичного микрокольца LNOI. (B), © Снимки сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) волноводов, составляющих микрокольца. (D) Оптические микроскопические изображения резонаторов беговой дорожки различной длины

Время отклика модулятора LN на сигнал модуляции (в фемтосекундных масштабах времени) намного короче, чем у кремниевого модулятора (в наносекундных масштабах времени), что позволяет осуществлять сверхвысокую скорость модуляции.Высокоскоростной электрооптический модулятор LNOI представляет собой модулятор бегущей волны, позволяющий избежать длительного времени отклика резистор-емкость, возникающего из-за PN-перехода интегрированных кремниевых модуляторов.

Фотонные интегральные схемы или интегральные оптические схемы имеют широкий спектр применений в различных секторах, включая диагностику здравоохранения, перерабатывающую промышленность, мобильность, безопасность и безопасность, а также агропищевые продукты. Они используются в производстве метрологических и оптических датчиков. Они также используются для производства лазеров с внешней модуляцией (EML) и биомедицинских вычислений.Фотонные интегральные схемы используются для изготовления оптических приемопередатчиков. Приемопередатчик является интерфейсом между электронной обработкой данных и оптической линией передачи данных.

Поскольку PIC обеспечивают высокую скорость и широкую полосу пропускания, их можно использовать для обработки быстрорастущего трафика данных в ближайшем будущем, когда электроника на основе чистой меди не сможет удовлетворить требования пропускной способности и расстояния. Фактически, ожидается, что мировой рынок фотонных интегральных схем (ИС) достигнет примерно 2 долларов США.25 миллиардов к 2025 году с ростом в среднем на 27,6% в период с 2019 по 2025 год.

Фотоника имеет большой потенциал для развития, но для выполнения всех операций по-прежнему требуются тщательные научные исследования.

  1. LaserFocusWorld
  2. Wiley
  3. Цепи Сегодня
  4. Edmund Optics
  5. Mangalmay
  6. Википедии
  7. Degruyter
  8. Comsol
  9. бесплатный словарь
  10. ScienceDirect.Мы также есть в социальных сетях. Следуйте за нами на Instagram | LinkedIn , чтобы оставаться в курсе!

    ДОБРОГО ДНЯ!

    Встроенная оптика, объяснение в RP Photonics Encyclopedia; фотонные интегральные схемы, планарные световолновые схемы

    Энциклопедия > буква I > интегральная оптика

    Определение: технология построения фотонных интегральных схем

    Немецкий: integrierte Optik

    Категория: фотонные устройства

    Как цитировать статью; предложить дополнительную литературу

    Автор: Др.Рюдигер Пашотта

    URL: https://www.rp-photonics.com/integrated_optics.html

    Интегрированная оптика представляет собой технологию, направленную на создание так называемых интегрированных оптических устройств или фотонных интегральных схем или планарных световых схем , содержащих несколько или множество оптических компонентов, объединенных для выполнения некоторых более или менее сложных функций. Такие компоненты могут, например, быть оптические фильтры, модуляторы, усилители, лазеры и фотодетекторы.Они могут быть изготовлены, например, на поверхности какого-либо кристаллического материала (например, кремния, кремнезема или LiNbO 3 ) и соединены волноводами.

    Первоначальным источником вдохновения для создания интегральной оптики послужила технология электронных интегральных схем, которая быстро развивалась в течение нескольких десятилетий и привела к удивительным достижениям, таким как сложные и мощные микропроцессоры, содержащие многие миллионы транзисторов, специализированные сигнальные процессоры и микросхемы компьютерной памяти. с огромным объемом хранения данных.К сожалению, интегральная оптика не смогла сравниться с прогрессом микроэлектроники с точки зрения сложности возможных устройств. Это связано с рядом технических ограничений:

    • В то время как электронные схемы могут содержать очень тонкие провода, оптические компоненты необходимо соединять с помощью волноводов, размеры которых обычно не могут быть намного меньше длины волны и которые часто не выдерживают очень резких изгибов. (Это ограничение может быть устранено путем использования волноводов с очень высоким контрастом преломления, т.е.грамм. нановолокна или волноводы с фотонной запрещенной зоной.)
    • Оптические соединения, напр. между волноводами и соединителями являются значительно более важными, чем электрические соединения.
    • Волноводы, соединения устройств и пассивные оптические компоненты имеют оптические потери, которые часто необходимо компенсировать с помощью оптических усилителей. Они крупнее и сложнее, чем электронные усилители на транзисторах.
    • Некоторые типы оптических компонентов трудно миниатюризировать.
    • Существуют разные материальные платформы, которые существенно различаются по возможностям и ограничениям, и не всегда легко найти платформу, которая может удовлетворить все требования приложения.В отличие от этого, платформа CMOS для микроэлектроники может покрыть большинство требований этой области.

    По этим причинам интегральные оптические схемы далеко не достигли сложности электронных интегральных схем. Однако устройства средней сложности все еще могут быть полезны, например, для оптоволоконной связи, где они могут содержать несколько передатчиков и/или приемников данных, состоящих из лазеров с распределенной обратной связью, оптических модуляторов, фотодиодов и оптических фильтров (например,грамм. в виде массивных волноводных решеток). В последнее время новые надежды на мощную и экономичную интегрированную оптическую технологию возникли благодаря разработкам в кремниевой фотонике.

    Вопросы и комментарии от пользователей

    Здесь вы можете оставить вопросы и комментарии. Если они будут приняты автором, они появятся над этим абзацем вместе с ответом автора. Автор принимает решение о принятии на основе определенных критериев. По существу, вопрос должен представлять достаточно широкий интерес.

    Пожалуйста, не вводите здесь личные данные; в противном случае мы бы удалили его в ближайшее время. (См. также нашу декларацию о конфиденциальности.) Если вы хотите получить личную обратную связь или консультацию от автора, свяжитесь с ним, например. по электронной почте.

    Отправляя информацию, вы даете свое согласие на возможную публикацию ваших материалов на нашем веб-сайте в соответствии с нашими правилами. (Если вы позже отзовете свое согласие, мы удалим эти материалы.) Поскольку ваши материалы сначала просматриваются автором, они могут быть опубликованы с некоторой задержкой.

    Библиография

    [1] П. К. Тиен, «Световые волны в тонких пленках и интегральная оптика», Appl. Опц. 10 (11), 2395 (1971), doi:10.1364/AO.10.002395
    [2] Г. И. Стегеман и К. Т. Ситон, «Нелинейная интегральная оптика», J. Appl. физ. 58 (12), R57 (1985), doi:10.1063/1.336205
    [3] G. I. Stegeman et al. , «Нелинейная интегральная оптика третьего порядка», IEEE J. Lightwave Technol.6 (6), 953 (1988), doi: 10.1109/50.4087
    [4] Л. Тайлен, «Интегрированная оптика в LiNbO 3 : последние разработки в устройствах для телекоммуникаций», IEEE J. Lightwave Technol . 6 (6), 847 (1988), doi:10.1016/0040-6090(89)90827-4
    [5] I. Baumann et al. , «Интегрированные оптические устройства, легированные Er в LiNbO 3 », J. Sel. Верхняя. Квантовый электрон. 2 (2), 355 (1996), doi:10.1109/2944.577395
    [6] Б.Джалали и др. , «Достижения в области оптоэлектроники кремний-на-изоляторе», J. Sel. Верхняя. Квантовый электрон. 4 (6), 938 (1998), doi: 10.1109/2944.736081
    [7] К. Окамото, «Недавний прогресс в области планарных световолновых схем с интегрированной оптикой», Опт. Квантовый электрон. 31 (2), 107 (1999), doi:10.1023/A:1006975415469
    [8] Л. Чанг, С. Лю и Дж. Э. Бауэрс, «Интегрированные технологии оптических частот», Nature Photonics 16, 95 (2022), doi: 10.1038/s41566-021-00945-1

    (Предложить дополнительную литературу!)

    См. также: фотонные интегральные схемы, кремниевая фотоника, оптоэлектроника, нановолокна, оптоволоконные коммуникации
    и другие статьи в категории фотонные устройства

    Поделитесь этим с друзьями и коллегами, например. через социальные сети:

    Эти кнопки обмена реализованы с учетом конфиденциальности!

    Код для ссылок на других сайтах

    Если вы хотите разместить ссылку на эту статью на каком-либо другом ресурсе (например,грамм. ваш веб-сайт, социальные сети, дискуссионный форум, Википедия), вы можете получить необходимый код здесь.

    HTML-ссылка на эту статью:

       
    Статья об интегрированной оптике

    в
    RP Photonics Encyclopedia

    С изображением для предварительного просмотра (см. поле чуть выше):

       
    alt="article">

    Для Википедии, например. в разделе «==Внешние ссылки==»:

      * [https://www.rp-photonics.com/integrated_optics.html 
    статья «Интегрированная оптика» в энциклопедии RP Photonics]

    Фотонно-электронные интегральные схемы | Эдмунд Оптикс

    Плюсы и минусы: обычные интегральные схемы по сравнению с традиционнымиФотонные интегральные схемы
    Характеристика Традиционные интегральные схемы Фотонные интегральные схемы
    Скорость Низкий Высокий
    Полоса пропускания Низкий Высокий
    Энергоэффективность Низкий Высокий
    Размер Маленький Большой
    Наличие Высокий Низкий

    Таблица 1: Хотя фотонные интегральные схемы обладают многочисленными преимуществами по сравнению с фотонными интегральными схемами, их ограниченная доступность и большие размеры препятствуют их использованию

    Обычные интегральные схемы работают, проводя электричество или позволяя электронам легко течь по цепи.Электроны — это отрицательно заряженные субатомные частицы, которые взаимодействуют как с другими электронами, так и с другими частицами. Эти взаимодействия замедляют движение электронов по ИС, ограничивают количество информации, которая может быть передана, и выделяют тепло, вызывающее потери энергии. Для регулирования выработки тепла часто требуется радиатор или другая технология охлаждения, иначе электрические компоненты могут быть необратимо повреждены.

    Фотонные интегральные схемы используют фотоны, безмассовые фундаментальные частицы, представляющие собой квант света, вместо электронов.Фотоны движутся со скоростью света через передающую среду почти без помех со стороны других фотонов. Это значительно увеличивает пропускную способность и скорость схемы, а также резко снижает потери энергии, делая PIC более энергоэффективными. С помощью методов мультиплексирования через одномодовое волокно может быть отправлено чрезвычайно большое количество сигналов, что на несколько порядков превышает количество электрических сигналов, которые может передавать медь. Одна прядь волокна в подводном трансатлантическом оптоволоконном кабеле может передавать миллионы одновременных телефонных звонков почти на 100 км, прежде чем потребуется усиление, а сами усилители представляют собой лазеры с оптической накачкой: без участия электроники.

    Однако одним из самых больших недостатков PIC является их размер. Текущая плотность транзисторов на ИС составляет около ста миллионов транзисторов на миллиметр. Это делает возможными ИС нанометрового масштаба и позволяет персональным компьютерам, мобильным телефонам и носимым технологиям существовать в их нынешних удобных размерах. PIC, хотя и продолжают уменьшаться, все еще находятся в микронном масштабе.

    Гибридная технология: сочетание фотонных и обычных схем

    PIC все еще находятся в стадии разработки.Полноценные фотонные системы, использующие почти исключительно PIC, с уровнями сложности и инфраструктуры, характерными для электронных устройств, таких как компьютеры, еще не реализованы. Хотя некоторые фотонные системы в настоящее время дополняют или заменяют компоненты в более крупных электронных системах для повышения эффективности, а не используются в чисто фотонных системах. Это аналогично тому, как цифровые системы начали заменять устаревшие аналоговые компоненты, такие как термометры или телефоны с дисковым набором, во второй половине 20-го века, а затем превратились в более крупные и сложные системы.

    Пример этой тенденции наблюдается в телекоммуникационной отрасли, где высокоскоростная информация передается по волоконно-оптическим волноводам (рис. 2). В конечном итоге информация должна быть преобразована в цифровые сигналы для обработки обычными электронными устройствами, потому что общие сети передачи данных и энергетические инфраструктуры существуют на электрических структурах, а не на фотонных структурах. Поскольку оптические системы более энергоэффективны, чем электрические, PIC, вероятно, продолжат заменять традиционные IC в широком диапазоне приложений.


    Рисунок 2: Фотонные компоненты заменили многие электронные компоненты в телекоммуникациях благодаря их высокой эффективности и скорости

    Разработка кремния в качестве жизнеспособной полупроводниковой подложки для фотонных компонентов делает интеграцию PIC и IC более осуществимой. PIC обычно изготавливаются на различных, а иногда и на многослойных подложках, таких как InP и GaAs. Однако из-за повсеместного распространения и обилия кремниевых подложек для большинства ИС и электроники интеграция ПОС в существующие устройства будет гораздо удобнее на кремниевых подложках.Одним из примеров является разработка нанолазерных диодов, интегрированных в кремниевые микрочипы, которые облегчают связь и обработку данных внутри кристалла.

    Программирование оптических схем для конкретных приложений и снижение производственных затрат

    Кремниевая фотоника — это развивающаяся технология, которая передает данные между компьютерными чипами с помощью оптических лучей, которые могут передавать гораздо больше данных за меньшее время, чем электрические проводники. Концепция предполагает объединение лазерной и кремниевой технологий на одном чипе, кремниевом фотонном чипе.

    Это очень многообещающая развивающаяся область технологий, которая в прошлом году продемонстрировала впечатляющий рост: было поставлено более 3,5 миллионов кремниевых фотонных приемопередатчиков для центров обработки данных, что принесло доход около 364 миллионов долларов. С настоящего момента и до 2026 года Global Market Insights ожидает, что рынок кремниевой фотоники будет расти более чем на 30% в годовом исчислении до стоимости более 3 миллиардов долларов.

     

    Расширение возможностей кремниевой фотоники

    Теперь, чтобы рынок кремниевой фотоники мог еще больше вырасти, исследователи разработали новый метод создания энергоэффективных и программируемых интегрированных коммутационных блоков на кремниевой фотонной микросхеме.Благодаря массовому изготовлению типовой оптической схемы, а затем ее программированию для конкретных приложений, таких как LiDAR, новый метод может значительно снизить производственные затраты — серьезное препятствие для производителей — и обеспечить более широкий доступ.

    «Кремниевая фотоника способна интегрировать оптические устройства и передовые микроэлектронные схемы на одном кристалле», — сказал член исследовательской группы Ся Чен из Университета Саутгемптона. «Мы ожидаем, что конфигурируемые схемы кремниевой фотоники значительно расширят область применения кремниевой фотоники, а также снизят затраты, сделав эту технологию более полезной для потребительских приложений.»

     

    Зонд на пластинах проходит испытания в Университете Саутгемптона (слева). Зонд автономно и точно выполняет тестирование оптических и электрических устройств со средней скоростью менее 30 секунд на устройство. Изображение предоставлено Ся Чен, Саутгемптонский университет

     

    Стираемые компоненты

    Работа команды основана на более ранних исследованиях, в ходе которых была разработана стираемая версия оптического компонента.Этот компонент, известный как решетчатый ответвитель, был создан путем имплантации ионов германия в кремний. Эти ионы вызывают повреждение, которое изменяет показатель преломления кремния в области, где они имплантированы. После изменения тепло может быть применено к локальной области с использованием процесса лазерного отжига, который меняет показатель преломления на противоположный и стирает решетку.

    В своем собственном исследовании команда описывает, как они применили этот метод имплантации ионов германия для создания стираемых волноводов и направленных ответвителей, компонентов, которые можно использовать для создания реконфигурируемых схем и переключателей.Это первый случай создания в кремнии субмикронных стираемых волноводов. «…мы обнаружили, что тщательно спроектированная структура и использование правильного рецепта ионной имплантации могут создать волновод, который передает оптические сигналы с разумными оптическими потерями», — сказал Чен.

     

    Широкий спектр применения

    Этот подход был продемонстрирован исследователями при разработке и изготовлении волноводов, направленных ответвителей и переключающих схем 1 X 4 и 2 X 2.Фотонное устройство из различных чипов, испытанное до и после лазерного отжига, показало стабильную производительность. И поскольку этот метод включает в себя изменение маршрута фотонного волновода с помощью одноразовой операции, дополнительная мощность не используется для сохранения конфигурации при программировании.

    Технология, разработанная исследовательской группой, может найти широкое применение. К ним относятся встроенные сенсорные устройства для биохимических веществ и оптические приемопередатчики для соединений, используемых в высокопроизводительных вычислениях.

    Прорыв в квантовой фотонике обещает новую эру в оптических схемах — USC Viterbi

    Photon Waves. Image/Wikimedia Commons

    Современный мир питается от электрических схем на «чипе» — полупроводниковом чипе, поддерживающем компьютеры, сотовые телефоны, Интернет и другие приложения. Ожидается, что к 2025 году люди создадут 175 зеттабайт (175 триллионов гигабайт) новых данных . Как мы можем обеспечить безопасность конфиденциальных данных в таком большом объеме? И как мы можем решить проблемы, подобные грандиозным задачам, от конфиденциальности и безопасности до изменения климата, используя эти данные, особенно с учетом ограниченных возможностей современных компьютеров?

    Многообещающей альтернативой являются новые технологии квантовой связи и вычислений.Однако для того, чтобы это произошло, потребуется широкомасштабная разработка новых мощных квантовых оптических схем; схемы, которые способны безопасно обрабатывать огромные объемы информации, которые мы генерируем каждый день. Исследователи из отдела химической инженерии и материаловедения семьи Морк Университета Южной Калифорнии совершили прорыв, чтобы помочь использовать эту технологию.

    В то время как традиционная электрическая цепь представляет собой путь, по которому текут электроны из электрического заряда, в квантовой оптической цепи используются источники света, которые генерируют отдельные световые частицы или фотоны по требованию, по одному, действуя как информация несущие биты (квантовые биты или кубиты).Эти источники света представляют собой наноразмерные полупроводниковые «квантовые точки» — крошечные искусственные совокупности от десятков тысяч до миллиона атомов, упакованные в объем линейного размера менее одной тысячной толщины обычного человеческого волоса, погребенного в матрице из другого подходящего полупроводника. .

    До настоящего времени они зарекомендовали себя как самые универсальные генераторы одиночных фотонов. Оптическая схема требует, чтобы эти одиночные фотонные источники располагались на полупроводниковом кристалле в регулярном порядке.Затем фотоны с почти одинаковой длиной волны от источников должны испускаться в заданном направлении. Это позволяет ими манипулировать, чтобы взаимодействовать с другими фотонами и частицами для передачи и обработки информации.

    До сих пор существовал значительный барьер для развития таких схем. Например, в современных технологиях производства квантовые точки имеют разные размеры и формы и собираются на чипе в случайных местах. Тот факт, что точки имеют разные размеры и формы, означает, что фотоны, которые они испускают, не имеют одинаковых длин волн.Это и отсутствие позиционного порядка делают их непригодными для использования при разработке оптических схем.

    В недавно опубликованной работе исследователи из Университета Южной Калифорнии показали, что отдельные фотоны действительно могут излучаться однородным образом из квантовых точек, расположенных в точном порядке. Следует отметить, что метод совмещения квантовых точек был впервые разработан в Университете Южной Калифорнии ведущим инженером профессором Анупамом Мадхукаром и его командой почти тридцать лет назад, задолго до бурного роста исследовательской активности в области квантовой информации и интереса к однокристальным технологиям. — источники фотонов.В этой последней работе команда USC использовала такие методы для создания одноквантовых точек с их замечательными характеристиками однофотонного излучения. Ожидается, что возможность точного выравнивания равномерно излучающих квантовых точек позволит производить оптические схемы, что может привести к новым достижениям в квантовых вычислениях и коммуникационных технологиях.

    Jiefei Zhang

    Работу, опубликованную в APL Photonics, возглавлял Jiefei Zhang, в настоящее время доцент-исследователь кафедры химической инженерии и материаловедения семьи Морк, с соответствующим автором Анупамом Мадхукаром, Кеннетом Т.Норрис, профессор инженерии и профессор химической инженерии, электротехники, материаловедения и физики.

    «Прорыв прокладывает путь к следующим шагам, необходимым для перехода от лабораторной демонстрации физики одиночных фотонов к производству квантовых фотонных схем в масштабе чипа», — сказал Чжан. «У этого есть потенциальные применения в квантовой (безопасной) связи, визуализации, зондировании, квантовом моделировании и вычислениях».

    Мадхукар сказал, что очень важно, чтобы квантовые точки были расположены точно так, чтобы можно было манипулировать фотонами, испускаемыми любыми двумя или более точками, для соединения друг с другом на чипе.Это ляжет в основу строительного блока для квантовых оптических схем.

    «Если источник фотонов расположен случайным образом, это невозможно». — сказал Мадхукар.

    «Современная технология, которая позволяет нам общаться онлайн, например, с использованием такой технологической платформы, как Zoom, основана на кремниевом интегрированном электронном чипе. Если бы транзисторы на этом чипе не были размещены в точно предусмотренных местах, не было бы интегральной электрической схемы», — сказал Мадхукар.«Это то же самое требование для источников фотонов, таких как квантовые точки, для создания квантовых оптических схем».

    Исследование проводится при поддержке Управления научных исследований ВВС США (AFOSR) и Управления исследований армии США (ARO).

    «Это достижение является важным примером того, как решение фундаментальных задач материаловедения, таких как создание квантовых точек с точным положением и составом, может иметь серьезные последствия для таких технологий, как квантовые вычисления», — сказал Эван Раннерстром, руководитель программы Army Research. Офис, элемент У.Армейская исследовательская лаборатория Командования развития боевых возможностей армии С. «Это показывает, как целевые инвестиции ARO в фундаментальные исследования поддерживают постоянные усилия армии по модернизации в таких областях, как создание сетей».

    Чтобы создать точную компоновку квантовых точек для схем, команда использовала метод под названием SESRE (субстратно-кодированная эпитаксия с уменьшением размера), разработанный в группе Мадхукар в начале 1990-х годов. В текущей работе команда изготовила регулярные массивы меза нанометрового размера (рис.1(a)) с определенной ориентацией краев, формой (боковые стенки) и глубиной на плоской полупроводниковой подложке, состоящей из арсенида галлия (GaAs). Затем поверх мезы создаются квантовые точки путем добавления соответствующих атомов с использованием следующей техники.

    Рис. ( а ) Изображение сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) исходной меза-массивы нанометрового размера, созданной на плоской полупроводниковой подложке; (b) Схема эволюции профиля мезы во время осаждения материала с черными стрелками, указывающими направление миграции атомов, ведущее сначала к уменьшению размера GaAs (подход SESRE), а затем переключению на осаждение материала квантовых точек InAs (красный) на уменьшенный размер вершина мезы и обратно в GaAs, чтобы похоронить красный InAs; СЭМ-изображение мезы с одиночной квантовой точкой показано ниже; (c) Указывает реализованный массив квантовых точек, спрятанный под планаризованной поверхностью GaAs, символически показанный как полупрозрачный верхний слой для обеспечения визуализации (GaAs непрозрачен).

    Сначала входящие атомы галлия (Ga) собираются на вершине наноразмерной мезы (черные стрелки на рис. 1.(b)), притягиваемые силами поверхностной энергии, где они осаждают GaAs (черный контур на вершине мезы, рис. 1( б)). Затем входящий поток переключается на атомы индия (In), которые, в свою очередь, осаждают арсенид индия (InAs) (красная область на рис. 1(b)), за которым следуют атомы Ga для образования GaAs и, следовательно, создания желаемого индивидуального кванта точки (верхнее изображение на рис. 1(b)), которые испускают одиночные фотоны.Чтобы быть полезным для создания оптических схем, пространство между пирамидальными наномезами должно быть заполнено материалом, который сглаживает поверхность. Итоговый чип схематично показан на рис. 1(в), где непрозрачный GaAs изображен в виде полупрозрачного верхнего слоя, под которым расположены квантовые точки.

    «Эта работа также устанавливает новый мировой рекорд упорядоченных и масштабируемых квантовых точек с точки зрения одновременной чистоты однофотонного излучения более 99,5% и с точки зрения однородности длины волны испускаемых фотонов, которая может быть узким, как 1.8 нм, что в 20-40 раз лучше, чем у обычных квантовых точек», — сказал Чжан.

    Чжан сказал, что при такой однородности становится возможным применять устоявшиеся методы, такие как локальный нагрев или электрические поля, для точной настройки длин волн фотонов квантовых точек, чтобы они точно соответствовали друг другу, что необходимо для создания требуемых взаимосвязей между различными квантовые точки для схем.

    Это означает, что впервые исследователи могут создавать масштабируемые квантово-фотонные чипы, используя хорошо зарекомендовавшие себя методы обработки полупроводников.Кроме того, усилия команды теперь сосредоточены на установлении того, насколько идентичны фотоны, испускаемые одними и/или разными квантовыми точками. Степень неразличимости играет центральную роль в квантовых эффектах интерференции и запутанности, лежащих в основе обработки квантовой информации — связи, восприятия, визуализации или вычислений.

    Чжан заключил: «Теперь у нас есть подход и материальная платформа для предоставления масштабируемых и упорядоченных источников, генерирующих потенциально неразличимые одиночные фотоны для приложений квантовой информации.Этот подход является общим и может использоваться для других подходящих комбинаций материалов для создания квантовых точек, излучающих в широком диапазоне длин волн, предпочтительных для различных приложений, например, для оптоволоконной оптической связи или в среднем инфракрасном диапазоне, подходящих для мониторинга окружающей среды и медицинской диагностики. «, — сказал Чжан.

    Гернот С. Помренке (Gernot S. Pomrenke), руководитель программы AFOSR, подразделение оптоэлектроники и фотоники, сказал, что надежные массивы источников одиночных фотонов по запросу на кристалле стали большим шагом вперед.

    «Этот впечатляющий рост и работа в области материаловедения охватывают более трех десятилетий самоотверженных усилий, прежде чем исследования в области квантовой информации стали мейнстримом», — сказал Помренке. «Первоначальное финансирование AFOSR и ресурсы других агентств Министерства обороны США сыграли решающую роль в реализации сложной работы и видения Мадхукара, его учеников и сотрудников. Велика вероятность того, что работа произведет революцию в возможностях центров обработки данных, медицинской диагностики, обороны и смежных технологий.”

    Соавторами статьи являются   Ци Хуан и   Лукас Джордао с факультета химического машиностроения и материаловедения Университета Южной Калифорнии Морк, Сварнабха Чаттарадж с факультета электротехники и компьютерной инженерии Мин Се и Сиюань Лу из IBM Томас Дж. Исследовательский центр Уотсона.

     

     

    Опубликовано 3 февраля 2021 г.

    Последнее обновление 7 декабря 2021 г. фотонные квантовые технологии (O’Brien et al., 2009; Tanzilli et al., 2011) для приложений в области безопасной квантовой связи (Martin et al., 2012), улучшенного квантового восприятия (Matthews et al., 2011) и обработки квантовой информации (Politi et al., 2009). Линейные оптические схемы на основе волноводов с литографическим рисунком обеспечивают масштабируемый подход к управлению квантовыми состояниями света (Carolan et al., 2015) и гарантируют высокую точность квантовых операций благодаря присущей им стабильности и точному управлению взаимодействующими модами во встроенных интерферометрах ( Лэнг и др., 2010). PIC также предоставляют множество способов поддержки генерации неклассического света (Spring et al., 2017). Не менее важно и то, что фотонные схемы на основе волноводов позволяют характеризовать однофотонные состояния с помощью встроенных однофотонных детекторов (Pernice et al., 2012). С момента демонстрации активных компонентов волновода по отдельности, интеграция всех ресурсов для функциональных квантовых устройств на общей платформе стала ключевым технологическим фактором, обеспечивающим постоянное увеличение сложности квантовых фотонных схем (Хасминская и др., 2016; Wang et al., 2018), а также повысить стабильность и масштабируемость квантово-фотонных технологий. Несмотря на значительные усилия, найти оптимальную материальную платформу для этого начинания было непросто. Дополняя ведущие кремниевые фотонные подходы, PIC на основе алмаза предлагают значительные преимущества, которые способствовали привлекательности выбора этого материала.

    Алмаз обладает выдающимися оптическими и механическими свойствами, которые имеют основополагающее значение для реализации платформы для интегральных фотонных схем и особенно квантовых информационных технологий.Применение пластин в фотонике стало возможным благодаря постоянному прогрессу в синтезе и обработке алмазов методом химического осаждения из паровой фазы (CVD). Алмаз CVD, в частности, обеспечивает высококачественный оптический материал с воспроизводимыми свойствами и размерами матрицы, совместимыми с изготовлением PIC (Nemanich et al., 2014). Особенно важными являются большой показатель преломления и широкое окно прозрачности, охватывающее видимые и инфракрасные длины волн, что делает алмаз главным кандидатом для реализации интегральных фотонных схем.Показатель преломления около 2,4 в видимом и ближнем инфракрасном (БИК) диапазоне длин волн обеспечивает большую контрастность показателя по сравнению с оптическими буферными слоями с более низким показателем преломления и, таким образом, позволяет жестко удерживать свет в алмазных волноводах (Hiscocks et al., 2008; Phillip). и Тафт, 1964). Большая ширина электронной запрещенной зоны 5,5 эВ открывает окно передачи от ультрафиолетовых (УФ) длин волн до очень дальнего инфракрасного диапазона (Dore et al., 1998; Mildren and Rabeau, 2013; Mollart et al., 2003).Важно отметить, что большая ширина запрещенной зоны также предотвращает двухфотонное поглощение даже в видимом и ближнем ИК-диапазонах, которое, например, мешает кремниевым фотонным схемам при более высоких оптических мощностях. Высокая теплопроводность и низкий термооптический коэффициент алмаза, напротив, также позволяют направлять моды с высокой оптической мощностью в волноводных устройствах (Nebel, 2003). Использование относительно высокого нелинейного показателя преломления (Boyd, 2008; Levenson and Bloembergen, 1974) ( n 2  = 1,3 * 10 − 19 м 2 Вт − 1 ) ​​обеспечивает дополнительную длину волны для видимого алмаза. привлекательная платформа для интегрированной нелинейной оптики (Hausmann et al., 2014; Латавец и др., 2015; Милдрен и др., 2008).

    В то время как упомянутые выше свойства находят многочисленные применения в классической интегральной оптике, с точки зрения устройств квантовой фотоники алмаз предлагает дополнительные преимущества. В частности, большой интерес вызывают оптически активные дефектные центры. В настоящее время в алмазе известно более 500 так называемых центров окраски, которые охватывают широкий диапазон длин волн излучения от УФ до БИК (Зайцев, 2001). Такие центры окраски можно использовать в качестве стабильного источника одиночных фотонов, а в некоторых случаях также обеспечивать управляемый когерентный электронный спин (Железко и др., 2004; Курцифер и др., 2000). Выдающиеся центры окраски в алмазе, такие как центры вакансий азота или кремния (NV, SiV), представляют особый интерес, поскольку они долговременно стабильны. Кроме того, низкая плотность фононных состояний (алмаз обеспечивает самую высокую температуру Дебая ~ 2000 К) обуславливает низкую электрон-фононную связь, что означает, что их можно использовать для генерации одиночных фотонов даже в условиях окружающей среды (Becker & Becher, 2019; Ли и др., 2012; Лейфген и др., 2014). Таким образом, интегрируя эти центры окраски непосредственно в монолитные волноводы, алмаз может обеспечить единую материальную платформу для приложений квантовой фотоники.

    Для реализации реконфигурируемых фотонных строительных блоков с низким рассеиванием алмаз также обладает выдающимися механическими свойствами, включая исключительно высокий модуль Юнга 1100 ГПа. Наряду с низкой термоупругой диссипацией из-за высокой теплопроводности (Najar et al., 2014) алмаз стал основным материалом для создания механических резонаторов, работающих на высоких частотах без значительного демпфирования (Burek et al., 2016). ; Митчелл и др., 2016; Рат и др., 2013а). Такие устройства особенно привлекательны для применения в области точных измерений (Hanay et al., 2012; Tao et al., 2014). Выходя за рамки сенсорных устройств, сочетание оптических и механических степеней свободы в компонентах на основе волноводов позволяет реконфигурировать интегральные фотонные схемы с оптомеханическими компонентами. Эти устройства модулируют эффективный показатель преломления направленной моды за счет смещения механически подвижной части, расположенной рядом с волноводом, что, в свою очередь, вызывает фазовый сдвиг в распространяющемся световом поле (Poot and Tang, 2014a; Rath et al., 2014). Интегрированные фазовращатели являются ключевыми элементами для перепрограммирования квантовых фотонных схем на основе алмазов (Ma et al., 2011; O’Brien et al., 2009).

    Наконец, в качестве аналога источников одиночных фотонов, интегрированных в волновод, детекторы одиночных фотонов могут быть легко интегрированы с алмазными PIC. Сверхпроводящие пленки могут быть нанесены поверх алмазных волноводов и использованы для реализации интегрированных однофотонных детекторов сверхпроводящих нанопроволок (SNSPD) (Rath et al., 2015). В сочетании с вышеупомянутыми устройствами эти компоненты обеспечивают полный набор инструментов для реализации интегрированной квантово-фотонной архитектуры на основе алмаза.

    Первый в мире метод создания квантовых оптических схем, использующих фотоны

    До 2025 года совокупная сумма мировых данных вырастет с 33 зеттабайт в этом году до 175 ЗБ к 2025 году. Безопасность и конфиденциальность таких конфиденциальных данных остаются серьезной проблемой.

    Новые квантовые коммуникации и новейшие вычислительные технологии предлагают многообещающее решение. Однако для этого требуются мощные квантовые оптические схемы, способные безопасно обрабатывать огромные объемы информации, которые мы генерируем каждый день.

    Чтобы помочь внедрить эту технологию, ученые из отдела химической инженерии и материаловедения семьи Морк Университета Южной Калифорнии совершили прорыв в области квантовой фотоники.

    Квантовая оптическая схема использует источники света для генерации фотонов по запросу в режиме реального времени. Фотоны действуют как информационные биты (кубиты).

    Эти источники света представляют собой наноразмерные полупроводниковые «квантовые точки» — крошечные искусственные совокупности от десятков тысяч до миллиона атомов, упакованные в объем линейного размера менее одной тысячной толщины обычного человеческого волоса, погребенного в матрице из другого подходящего материала. полупроводник.

    До сих пор было продемонстрировано, что они являются наиболее гибкими однофотонными генераторами по запросу. Оптическая схема требует, чтобы эти однофотонные источники были реализованы на полупроводниковом чипе. Затем фотоны с почти одинаковой длиной волны от источников должны направляться. Это позволяет управлять ими для формирования взаимодействия с различными фотонами и частицами для передачи и обработки информации.

    До сих пор существовал значительный барьер для разработки таких схем.Точки имеют разные размеры, а форма означает, что фотоны, которые они испускают, не имеют одинаковых длин волн. Это и отсутствие позиционного порядка делают их непригодными для использования при разработке оптических схем.

    В этом исследовании ученые показали, что отдельные фотоны могут равномерно излучаться из точно расположенных квантовых точек. Ученые использовали метод совмещения квантовых точек для создания одиночных квантовых точек с их замечательными характеристиками однофотонного излучения.

    Ожидается, что возможность точного выравнивания равномерно излучающих квантовых точек позволит производить оптические схемы, что может привести к новым достижениям в квантовых вычислениях и коммуникационных технологиях.

    Джифей Чжан, в настоящее время доцент кафедры химического машиностроения и материаловедения семьи Морк, сказал: «Прорыв прокладывает путь к следующим шагам, необходимым для перехода от лабораторной демонстрации однофотонной физики к производству микросхем. квантово-фотонных схем. У этого есть потенциальные применения в квантовой (безопасной) связи, визуализации, зондировании, а также квантовом моделировании и вычислениях».

    Соответствующий автор Анупам Мадхукар сказал:  «Важно, чтобы квантовые точки были точно упорядочены, чтобы можно было манипулировать фотонами, выпущенными из любых двух или более точек, для соединения на чипе.Это ляжет в основу строительного блока для квантовых оптических схем».

    «Если источник, из которого исходят фотоны, расположен случайным образом, это невозможно».

    «Современная технология, которая позволяет нам общаться онлайн, например, с использованием такой технологической платформы, как Zoom, основана на кремниевом интегрированном электронном чипе. Если бы транзисторы на этом чипе не были размещены в точно предусмотренных местах, не было бы интегральной электрической схемы.Это то же самое требование для источников фотонов, таких как квантовые точки, для создания квантовых оптических схем».

    Эван Раннерстрем, руководитель программы Исследовательского отдела сухопутных войск, подразделения Армейской исследовательской лаборатории Командования по развитию боевых возможностей армии США, сказал: точное положение и состав могут иметь серьезные последствия для таких технологий, как квантовые вычисления.Это показывает, как целевые инвестиции ARO в фундаментальные исследования поддерживают постоянные усилия армии по модернизации в таких областях, как создание сетей».

    Используя метод под названием SESRE (эптаксия с уменьшением размера с кодированием подложки), ученые создали точную компоновку квантовых точек для схем. Затем они изготовили регулярные массивы меза нанометрового размера с определенной ориентацией края, формой и глубиной на плоской полупроводниковой подложке, состоящей из арсенида галлия (GaAs). Затем поверх мезы создаются квантовые точки путем добавления соответствующих атомов с использованием следующей техники.

    Чжан сказал: «Эта работа также устанавливает новый мировой рекорд упорядоченных и масштабируемых квантовых точек с точки зрения одновременной чистоты однофотонного излучения более 99,5% и с точки зрения однородности длины волны испускаемых фотонов. , который может достигать 1,8 нм, что в 20–40 раз лучше, чем у обычных квантовых точек».

    «Что при этой однородности становится возможным применять установленные методы, такие как локальный нагрев или электрические поля, для точной настройки длин волн фотонов квантовых точек, чтобы они точно соответствовали друг другу, что необходимо для создания требуемых взаимосвязей между различными квантовыми точками.

    Оптические схемы: Оптические схемы объективов Carl Zeiss

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Пролистать наверх