В. Лич:

Добрый день. Канал «Mediametrics», программа «Кибер-мед» и ее ведущая Валерия Лич. Сегодня у нас в гостях Петр Зеленков - кандидат медицинских наук, сертифицированный нейрохирург и Лауреат премии Правительства Российской Федерации. Добрый день, Петр.

П. Зеленков:

Здравствуйте.

В. Лич:

Вы нам сегодня обещали рассказать о фотонике для нейрохирургии. Что это такое? И в чем особенности и преимущества?

П. Зеленков:

Спасибо за приглашение. Да, эта тема, которой я занимаюсь уже много лет в нашем Центре нейрохирургии имени академика Н. Н. Бурденко. Вообще, что такое фотоника? Фотоника - это область знаний, область физики, которая использует свет, то есть фотоны света. В нейрохирургии свет используется довольно давно, это одна из первых областей хирургии, где понадобились осветительные приборы, чтобы разглядеть тонкие структуры головного и спинного мозга, лучше их видеть, меньше повреждать, меньше риска нести пациенту. Соответственно, прогресс шел от примитивных налобных ламп с малой мощностью, которые использовались еще в начале XX века, до современных, очень сложных приборов, микроскопов, в которых используется направленный пучок света, очень большой мощности, которая позволяет в глубине очень узких пространств видеть структуры головного мозга, сосуды, тонкие нервы и так далее.

Но современный этап развития, конечно, касается не просто освещения структур, но использование фотонов света для того, чтобы можно было различать патологию и здоровые ткани. Это один из центральных вопросов в нейрохирургии, поскольку у многих опухоли головного мозга растут так, что нет границы между здоровым мозгом и опухолью. Это диффузная зона, в которой простым глазом подчас не видно, где опухолевые клетки, где нормальные клетки.

В нейрохирургии свет используется довольно давно, это одна из первых областей хирургии, где понадобились осветительные приборы, чтобы разглядеть тонкие структуры головного и спинного мозга, лучше их видеть, меньше повреждать, меньше риска нести пациенту.

В. Лич:

А как тогда? Ведь опухоль еще часто удалять приходится?

П. Зеленков:

Да, конечно. И здесь всегда встает вопрос радикальности, то есть слишком мало удалишь - скорее всего, опухоль начнет расти дальше, слишком много удалишь - потеряется какая-то важная функция. Потому что в головном мозге практически нет зон, которые не отвечают за ту или иную функцию. Есть более критические зоны, менее критические зоны. Тем не менее, вопрос между радикальностью удаления и сохранением функции всегда остается очень важным. И вот здесь фотоника пришла на помощь нейрохирургии.

Эта тема началась довольно давно, порядка 30 лет назад, и сейчас получила большое развитие, когда с помощью методов флуоресценции и спектроскопии с применением лазеров, о которых Вы упомянули, позволяют различать, позволяют оценить свойства ткани на основании их световых характеристик, их поглощение света и отторжение соответственного ответа (это эффект флуоресценции), позволяет различить более точно во время операции, непосредственно в ходе ее, это опухоль или здоровая ткань, или какая-то переходная зона. Эта тема развивается у нас в институте очень давно, сейчас он называется «Национальный медицинский исследовательский центр нейрохирургии имени академика Н. Н. Бурденко». И используется активно для головного и спинного мозга.

В. Лич:

Это уже не хирургия, а лечение. А что для диагностики сделано? Ведь сегодня очень много случаев опухолей головного мозга. Как-то можно это продиагностировать на ранних стадиях? Нам, например, советуют обращаться к врачам раз в год, проходить обследование в качестве диспансеризации, некой профилактики. Но что касается опухоли головного мозга, то мы не ходим раз в год ни на МРТ, ни на КТ.

П. Зеленков:

Безусловно, и, наверное, слава Богу, что мы не ходим раз в год. Здесь мы немного отходим от фотоники, поскольку речь шла о диагностике непосредственно во время операции, то, что помогает хирургу лучше видеть опухоль.

Что же касается диагностики на догоспитальном этапе, профилактической диагностики. Чтобы не допустить такого развития на раннем этапе, надо обращать внимание на симптомы: регулярная головная боль, нарушения речи, движений конечностей. И чаще всего причиной будут вовсе не опухоли, а сосудистые нарушения, высокое давление. Это по-настоящему социальная проблема, поскольку высокое давление и сосудистые нарушения именно в головном мозге - это повальная проблема, которая затрагивает практически всех и каждого, и тут, безусловно, нужно следить за общим здоровьем, за давлением. И если появляются какие-то неврологические симптомы, тогда имеет смысл идти на МРТ.

Высокое давление и сосудистые нарушения в головном мозге - это повальная проблема, которая затрагивает практически всех и каждого

В. Лич:

Насколько быстро пациент восстанавливается после лечения? И восстанавливаются ли после операций на головном мозге? Вы же говорите, что каждый отдел мозга за что-то отвечает. Насколько человек остается функционирующим?

П. Зеленков:

Безусловно, сейчас уровень лечения опухоли головного мозга и спинного мозга очень высокий, он значительно лучше, чем 10-20 лет назад благодаря применению различных методик, таких как электрофизиологический мониторинг, флуоресцентная диагностика, которые позволяют удалить опухоль, но при этом сохранить функционально значимые зоны. И плюс новые методы реабилитации, восстановление движений, координации, переучивание пациентов, речевые методики, которые позволяют восстановить даже речь. Таким образом, можно сказать, что результаты значительно лучше, чем раньше.

В. Лич:

А чтобы лечить с помощью фотоники, лазеров, каких специалистов в себе соединяет, какие области?

П. Зеленков:

Мы, как нейрохирургия, в физике мало смыслим, на самом деле. Здесь мы находимся на стыке между двумя областями: это физика лазеров и нейрохирургия. Вот у нас давнее благотворное сотрудничество с Институтом общей физики имени Прохорова, с лабораторией профессора Лащенова. Много лет он и его сотрудники присутствуют в наших операционных и помогают, настраивают аппаратуру, дают нам лазерные волокна, выключают этот лазер и говорят нам, что мы непосредственно видим в ране. Поскольку чтобы интерпретировать результаты этого сигнала, нужно обладать соответствующей квалификацией, знаниями.

В. Лич:

Что настраивается - ширина луча, длина, глубина, каким образом это происходит?

П. Зеленков:

Настраивается спектр, длина поглощения и так далее. Я, если честно сказать, не особо в этом глубоко понимаю. Но, тем не менее, присутствие инженеров в данной ситуации пока необходимо. Хотя уже существуют довольно давно версии операционных микроскопов, которые интегрируют в себе возможности флуоресцентной диагностики. То есть хирургу фактически не нужен никакой внешний помощник, ему достаточно переключить кнопку на микроскопе и увидеть во флуоресцентном режиме картинку.

В. Лич:

А микроскопы используются непосредственно во время операции?

П. Зеленков:

Да. Это отдельный момент, который я еще раз хотел бы подчеркнуть. Можно сказать, что фотоника, как таковая, то есть свет используется в нейрохирургии довольно давно, в 50-60-е годы начали применять микроскоп для операции на головном мозге. До этого использовались только налобные лампы.

В. Лич:

Микроскоп каким образом устанавливается на человеке?

П. Зеленков:

Это довольно большой агрегат, который имеет большую базу размером с хороший холодильник, от которого идет рука, на которой висит собственно оптическая голова микроскопа с рукоятками. И для нейрохирурга это очень удобно. То есть фактически между головой пациента или той структуры, которая нам нужна, и самим хирургом присутствует вот этот оптический прибор, который очень легко настраивается и имеет очень мощный сфокусированный свет. Увеличение, которое можно получить, до 10-15 крат, то есть можно увидеть самые-самые тонкие структуры. Это используется не только в нейрохирургии, но и в пластической хирургии, даже в стоматологии, оториноларингологии и во всех других областях, где требуется микрохирургия, то есть работа, где движения могут достигать точности доли миллиметров.

В. Лич:

На сегодня больше диагнозов стали подвержены лечению?

П. Зеленков:

Да. Совершенно однозначно сейчас стали оперироваться те опухоли, те патологии, которые раньше считались неизлечимыми, за которые хирурги просто не брались.

В. Лич:

Какие, например?

П. Зеленков:

Это касается гигантских опухолей, глубинных опухолей. Непосредственно в том, где я специализируюсь - это хирургия спинного мозга, хирургия интрамедуллярных опухолей. Если раньше тактика была как можно дольше не оперировать, поскольку хирургия спинного мозга всегда сопряжена с каким-то дефицитом. В спинном мозге еще более чувствительные все зоны, он меньше по размеру, толщиной, наверное, с мой мизинец. И если внутри него растет опухоль, то, скорее всего, затронет все его функции, и у человека быстро будут нарастать симптомы. И в данном случае любая операция неизбежно приводит к нарастанию неврологического дефицита, но у человека появляется возможность, что в будущем все равно произойдет восстановление благодаря эффективной реабилитации, и он будет снова ходить и полноценно жить. Так вот, здесь именно микрохирургия, применение микроскопа, мониторинга, спектроскопии и флуоресцентной диагностики, этот комплекс новых методик позволяет сделать прогноз лучше и действительно эффективно оперировать в тех случаях, когда раньше предпочитали не трогать.

В. Лич:

То есть сегодня люди могут себе позволить ходить уже дольше?

П. Зеленков:

Безусловно. Это редкая патология, как таковая. Если сравнить, например, с той же нашей областью, когда мы лечим грыжи межпозвонковых дисков, стеноз позвоночного канала, это бывает практически у всех и каждого. Я думаю, что у нас с Вами, если сделать МРТ, обязательно найдут какие-то грыжи, выпячивания и так далее. И таких пациентов значительно больше. Если всем повально сделать МРТ, то я уверен, что 10 % людей напишут, что у них грыжи, нужна консультация нейрохирурга и какая-то хирургия.

Если всем повально сделать МРТ, то я уверен, что 10 % людей напишут, что у них грыжи, нужна консультация нейрохирурга и какая-то хирургия.

В. Лич:

Опухоль все-таки злокачественная или доброкачественная возникает?

П. Зеленков:

В головном мозге примерно половина опухолей злокачественные: глиобластома и анапластическая астроцитома, по сути дела, это огромная проблема, которая и потребовала внедрения фотоники как одного из возможных способов ее решения, поскольку это огромный пласт больных, которые очень трудно поддаются лечению. Несмотря на сочетание хирургии, химиотерапии, лучевой терапии и каких-то новых экспериментальных методов, все равно результаты их лечения остаются не такими удовлетворительными. То есть срок выживания в среднем около года, чуть больше года. Хотя по опыту нашего центра, если пациент получает в комплексе эти виды лечения, своевременно, и находится постоянно под пристальным контролем, то срок его жизни может значительно удлиняться до нескольких лет, а иногда и до десятилетий.

В. Лич:

Что касается позвоночника, здесь какие показатели?

П. Зеленков:

В случае с позвоночником ситуация несколько другая. В реальной практике пациенты с позвоночником - это практически 50-75% всей практики нейрохирурга. Это боль в спине, это различные компрессионные синдромы, при которых боли отдают в конечности, в руку, в ногу. Я работаю в отделении, специализирующемся на позвоночнике, спинном мозге и периферических нервах, поэтому мне приходится таких пациентов видеть каждый день. И это немножко другая область, она близка к ортопедии, поскольку мы работаем с костными структурами очень много, с суставно-связочным аппаратом. И здесь мы, как нейрохирурги, используем те же подходы: это микрохирургия, применение микроскопов, различных малоинвазивных доступов, малотравматичных, через очень маленькие разрезы. В последние годы стали активно осваивать эндоскопию - это методика, позволяющая еще меньше повредить мышцы, ткани, связки.

В. Лич:

На позвоночнике проще оперировать нежели на головном мозге?

П. Зеленков:

С одной стороны, хирургия самого позвоночника считается в некотором роде проще, чем хирургия головного мозга, поскольку структуры крупнее. Я не говорю сейчас о спинном мозге, я говорю только о костях и дисках. В некотором роде это считается ходовой хирургией. Например, можно работать без применения микроскопа (старыми методиками, с большими разрезами, делать большие декомпрессии), соответственно, делать большие стабилизации, применять стабилизирующие конструкции (титановые импланты, винты), или можно делать маленькие тонкие операции, когда мы только освобождаем нервные структуры без какого-либо повреждения опорных структур. Конечно, это совсем другой подход, требующий несколько иной квалификации, поскольку это требует опыта, видения анатомии в очень узких, ограниченных пространствах.

В. Лич:

Какое количество пациентов после операции на позвоночнике могут полноценно ходить, двигаться?

П. Зеленков:

Подавляющее большинство. Классический миф, что «не ходи оперировать позвоночник - парализует», это что-то из прошлого, я бы сказал.

В. Лич:

С другой стороны, так и так парализует, а тут хоть какой-то шанс есть.

П. Зеленков:

Пациент с грыжей в крайне редких ситуациях может быть парализован. Это бывает тогда, когда происходят какие-то осложнения, сосудистые нарушения, или когда во время операции происходит осложнение, при котором нарушается функция обеих нижних конечностей. Но, как правило, в 99,9% случаев этого не происходит.

Основные наши задачи - это бороться с длительно существующими болевыми синдромами, поскольку часто бывает так, что до операции болевой синдром присутствует, но он остается и после операции. И иногда бывает так, что несмотря на то, что он уменьшился на 20-30-50%, пациент все равно фокусируется на этом болевом синдроме. Эти переживания нельзя списывать со счетов. Мы, как хирурги, должны продолжать с ними общаться, объяснять, выяснять другие причины, по которым эта боль возникает. Иногда всплывают интересные вещи. Впервые на нашей консультации выясняются сопутствующие болезни, которые не были диагностированы ранее.

Позвоночник - это центральная ось организма. И нам приходится оценивать не только сам позвоночник, но и все, что его окружает, и пациента в целом, поскольку мы все очень разные, а боль - это больше состояние души, чем морфологическая вещь, которую можно пощупать, увидеть с помощью какого-либо метода. То есть боль у каждого своя.

Пациент с грыжей в крайне редких ситуациях может быть парализован. В 99,9% случаев этого не происходит.

В. Лич:

Это Вы говорите о грыжах, а если вернуться к опухоли?

П. Зеленков:

С опухолями все проще. Здесь отдельная тема. Как правило, пациенты с опухолью спинного мозга или позвоночника проходят долгий путь, прежде чем им ставят диагноз. Вначале у них просто болит спина, и часто им не делают никакой дополнительной диагностики, только рентгеновский снимок, на котором ничего толком не видно, и пациента отправляют на физиотерапию и лечение витаминами, что, в свою очередь, стимулирует дальнейший рост опухоли.

В. Лич:

Но Вы говорите, что каждый год на МРТ ходить тоже не рекомендуется.

П. Зеленков:

Это верно.

В. Лич:

Что тогда делать?

П. Зеленков:

Чтобы неврологи очень внимательно смотрели на пациента. Если пациенты видят, что им становится хуже, то начинают искать пути, искать других докторов, сами идут на МРТ. Позитивный момент нашей российской действительности в том, что за деньги можно легко себе сделать МРТ, и особо никто направление спрашивать не будет, поскольку этим центрам надо как-то выживать. И поток пациентов для них важен, а МРТ-услуга - эта диагностическая процедура, совершенно безвредная, поэтому можно делать спокойно и без назначения врача.

Другой вопрос интерпретации снимка, поскольку очень часто к нам приходят люди, которые свои жалобы даже не могут толком объяснить, и мы спрашиваем: «Почему же Вы все-таки пришли?» «Потому что у меня на МРТ написано, что там грыжа». Так вот, я всегда объясняю, что заключение написано специалистом, который учился тому, как описывать где патологии, где норма. Но она написана не для пациента, который не может вычленить, что здесь значимо, а что нет, а для другого специалиста (для невролога, нейрохирурга), который может оценить, что является важным, клинически значимым, может быть, даже требует операции, а что не так уж и важно.

Позитивный момент нашей российской действительности в том, что за деньги можно легко себе сделать МРТ, и особо никто направление спрашивать не будет, поскольку этим центрам надо как-то выживать.

В. Лич:

С другой стороны, пациент идет к хирургу, потому что доктор из поликлиники его уже отправил плавать. У нас ведь достаточно большой разрыв между врачами, которые работают в больницах, оперируют, лечат, и поликлиниками, которые чаще всего прописывают аспирин с парацетамолом в случае простуды и болезни. Может быть, квалификация очень сильно различается?

П. Зеленков:

Не могу до конца с Вами согласиться. Дело в том, что те, кто сидят в поликлиниках, практически сидят на огневом рубеже. Они находятся в очень сложной ситуации - в финансово-экономической и социальной. С одной стороны, они являются первичным звеном приема, тем, что в цивилизованном мире называется врачом общей практики, семейным врачом. На самом деле, это человек, который принимает на себя основной удар, к нему приходят люди со всеми болезнями, и этот человек, безусловно, должен находиться в хороших условиях. К сожалению, в нашей действительности эти люди зачастую с низкой зарплатой, на не очень хорошем обеспечении, и в той же поликлинике у них мало возможностей.

В. Лич:

Даже в платных поликлиниках не всегда подтверждается квалификация. Хотя прием может стоить значительно.

П. Зеленков:

У нас довольно неплохо работает система последипломного образования. Я бы сказал, что квалификация этих людей все равно высокая. Другой вопрос, что им отводят очень мало времени на осмотр пациента, их заставляют очень много писать разной писанины. Они законодательно ограничены в определенных рамках, поэтому и возникают вот такие стереотипы, что там качество лечения хуже, чем где-то еще. Тем не менее, я думаю, что если в первичном поликлиническом звене создать хорошие условия для приема, качество будет очень высоким, и сами доктора обладают хорошей квалификацией, и это подтверждается тем, как приходит пациент из многих поликлиник из регионов. Совершенно нет связи между тем, откуда приехал пациент, и как качественно он был обследован, и какие даны рекомендации. Зачастую мы, когда выписываем пациентов обратно домой, даже связываемся по телефону с местными врачами. Опять же, реалии, в Москве можно пойти в бассейн, в реабилитационный центр. Где-то в деревне или в небольшом городе нет бассейна, нет хороших спортивных физкультур-диспансеров и так далее. А пациент нуждается все равно в реабилитации. Вырабатываешь какую-то тактику, пытаешься адаптировать, объясняешь, что можно, что нельзя.

Если в первичном поликлиническом звене создать хорошие условия для приема, качество будет очень высоким, и сами доктора обладают хорошей квалификацией.

В. Лич:

Но ведь домашние упражнения тоже существуют?

П. Зеленков:

Безусловно, существуют, но для этого нужна колоссальная выдержка. Все равно мой основной совет - идти к тренеру. Если нормально замотивировать и все объяснить то человек действительно будет собой заниматься.

В. Лич:

Сколько? Пациенты занимаются или месяц-два, потом совсем плохо.

П. Зеленков:

У меня ощущение, что мало. Иногда эффект от наших операций, особенно при грыжах, так хорош, то есть человек болел, потом он встал, пошел и начал радоваться жизни, что у него меняется немного образ жизни в целом, он начинает себе больше позволять активности, он больше следит за собой, он понимает, что лучше этого не допускать еще раз. А для этого что надо делать? Укреплять мышцы спины: плавать, заниматься физкультурой.

В. Лич:

А кто чаще всего является Вашим пациентом?

П. Зеленков:

Как говорят: «Здесь все возрасты покорны». Молодые люди - это чаще грыжи, травмы, болевые синдромы, связанные просто со спазмированными мышцами. В пожилой категории больше речь идет о длительно существующих стенозах позвоночного канала, при которых остеохондроз, за счет длительной нагрузки составные элементы разрастаются и сдавливают уже нервные окончания. Это в категории за 50 лет чаще встречается.

В. Лич:

А если вернуться к опухоли, то у кого чаще возникает? И по каким причинам?

П. Зеленков:

Опухоли, безусловно, генетические, то есть это какая-то генетическая предрасположенность, плюс факторы внешней среды, могут быть химические и радиационные воздействия. Но как мы знаем, сейчас это поломки в генах, то есть в каких-то клетках перестают работать механизмы саморазрушения, и они превращаются в опухолевую клетку. В норме в любом здоровом человеке постоянно образуется какое-то количество опухолевых клеток. Но как только эта клетка осознает, что она стала опухолевой, в ней запускается процесс апоптоза, то есть саморазрушение. Эта клетка просто потихонечку умирает и не дает начало опухоли. Поломка в этом механизме сохраняет жизнь таким клеткам, и в какой-то момент появляется ее критическая масса и начинает расти. До конца причины этого неизвестны, имеется очень большой вход в молекулярные, биологические, генетические механизмы. И для многих опухолей эти механизмы изучены очень глубоко, известна масса генов, при которых опухоль может развиться, и даже по генетическому тестированию можно заранее предположить, что у этого человека высокий риск, что ему нужно делать ежегодно МРТ и пристально следить за тем, развивается эта опухоль или нет.

По генетическому тестированию можно заранее предположить, что у этого человека высокий риск, что ему нужно делать ежегодно МРТ и пристально следить за тем, развивается эта опухоль или нет.

В. Лич:

Травмы влияют на развитие опухоли?

П. Зеленков:

Часто задают этот вопрос, но прямой связи здесь, насколько мне известно, нет. Как нас учили в институте на первых курсах: «Соберите семейный анамнез: узнайте, были ли опухоли у родителей, у бабушек, у дедушек, может, у прабабушек, прадедушек». Зачастую природа сама подсказывает, что имеется некая семейная предрасположенность, тогда надо более пристальное внимание оказывать к данному конкретному пациенту.

В. Лич:

Новые методы лечения сокращают срок пребывания пациентов в стационаре?

П. Зеленков:

Да. Вот здесь мы можем вернуться к нашей хирургии позвоночника. Я могу сказать, что если раньше хирургия стеноза позвоночного канала это была большая хирургия, с большим разрезом, с ламинэктомией, длительным заживлением, долго заставляли лежать пациента, пока у меня наступит задний спондилодез, костный и так далее. Сейчас мы можем сделать с помощью эндоскопа декомпрессию через разрез 5 миллиметров и пациента вечером выписать домой. Как правило, держим сутки для того, чтобы просто оценить состояние, но на следующий день можем пациента выписывать. Технологии позволяют быстро уйти из больницы и вернуться к нормальной жизни.

В. Лич:

Сегодня наших докторов обучают у нас в стране либо же за рубежом? Потому что по некоторым специальностям доктора жалуются, что у нас полноценно не обучают.

П. Зеленков:

Я много ездил за рубеж в разные клиники. В Германии, во Франции стажировался, учился и могу сказать, что в России уровень медицины в общем и в целом достаточно высокий, особенно в крупных городах: Москва, Санкт-Петербург, Новосибирск и так далее. В крупных центрах имеются практически все те же методики, которые есть и в развитых западных странах. Возможно, мы отстаем именно по уровню клинических исследований, разных новых методик, совсем экспериментальных. По той же глиобластоме в России идет значительно меньше клинических исследований, новых методов, с применением новых физических или химических или биологических принципов, чем в тех же университетских клиниках Германии. Но уровень подготовки может быть получен и в России. Тем более, что при нынешнем курсе евро врачам довольно сложно за свой счет куда-то выезжать, обучаться. Но среди моих коллег очень много целенаправленных людей, в первую очередь, молодых, которые хотят чего-то добиться, узнать больше. Безусловно, мой совет таким людям, если есть возможность - путешествовать, учиться, смотреть и применять это на своей практике.

В крупных центрах имеются практически все те же методики, которые есть и в развитых западных странах. Возможно, мы отстаем именно по уровню клинических исследований, разных новых методик, совсем экспериментальных.

В. Лич:

Что Вы получили в зарубежном опыте для себя, своей практики, чего не было здесь?

П. Зеленков:

Во время годовой стажировки в Германии в 2008 году я немного поменял философию, что касается хирургии позвоночника: грыжи, стенозов и так далее. То есть я увидел, что необязательно делать большие операции, крупные декомпрессии, стабилизации с применением большого количества металла, что можно те же проблемы решать очень малотравматично, малоинвазивным способом, с помощью микрохирургической техники, микродекомпрессии.

В. Лич:

То есть за рубежом нас опережали в этот период времени?

П. Зеленков:

В той же Германии можно найти клиники, которые действуют и старыми методами, и новыми. Например, недавно я стажировался в клинике в Университете Бордо I во Франции. И я был удивлен тем, что там люди немного с другим подходом. То есть это более открытые операции, можно сказать, которыми мы пользовались 10 лет назад, тем не менее, они поставлены на поток, они делаются очень хорошо, там все работает, как часы, вся бригада знает, что и как делать, и они идут быстро и очень эффективно. То есть в руках каждого хирурга хорош тот метод, которым он хорошо владеет.

В. Лич:

Нужно ли всю бригаду переобучать в итоге?

П. Зеленков:

Безусловно, всю бригаду. Сам хирург важен, поскольку он непосредственно работает, он своими руками делает, тем не менее, роль операционной сестры, роль анестезиолога, роль рентгенолога - у нас, к сожалению, такого сотрудника нет в операционной, но он тоже требуется, поскольку мы работаем с рентгеном, электронно-оптическим преобразователем. То есть роль всей бригады крайне важна. Силами одного хирурга и знаниями операцию не вытянуть, для этого нужно, чтобы каждый участник понимал особенности этой операции, какие-то нюансы, ее ходы и так далее, и плюс бригада должна быть слажена. Хирург с анестезиологом, с сестрой должны быть заодно.

В. Лич:

Получается, что пройдя стажировку за рубежом, нужно приезжать домой и переобучать всю бригаду?

П. Зеленков:

Безусловно. В ходе операции незнакомые вещи для сестры подчас приходилось объяснять. Но наш персонал и наши сестры, с которыми мы работаем в Центре нейрохирургии имени академика Н. Н. Бурденко, это замечательные, очень высоко квалифицированные специалисты, благодаря которым наши операции возможны, потому что без них, без их опыта было бы крайне сложно.

В. Лич:

А каким образом потом этот опыт передается нашим коллегам, или есть некая конкуренция, и каждый сидит и думает: «Я никого учит не буду, пусть ко мне все идут».

П. Зеленков:

Здесь коллегиальность выходит на первый план. Можно, конечно, сидеть и не передавать свои знания, бояться конкуренции. Но жизнь все равно выведет, и тот, кому надо, все равно эти знания получит. Поэтому я всегда исхожу из принципа: пусть лучше это я буду тем, кто научил, чем кто-то другой. То есть быть собакой на сене нет никакого смысла. Чем больше ты знаний передал другим, молодым коллегам, ординаторам, тем сторицей это и окупится потом. Потому что они все равно придут за советом, пришлют своих пациентов. Это взаимовыгодный процесс. Давняя медицинская традиция - если ты получил свои знания от своего учителя, то надо поклониться, поблагодарить и передавать эти знания дальше, поскольку это наш профессиональный закон.

Давняя медицинская традиция - если ты получил свои знания от своего учителя, то надо поклониться, поблагодарить и передавать эти знания дальше.

В. Лич:

Что сегодня происходит со специальностью нейрохирурга, ведь в год выпускается очень много специалистов, больше, чем требуется, как некоторые говорят. Все работают по специальности, трудоустраиваются?

П. Зеленков:

У меня есть ощущение, что количество мест сокращается, это общая тенденция в нашем здравоохранении, происходит некая оптимизация, и клиник становится немного меньше. Но при этом я не могу сказать, что потребность в нейрохирургах, конкретно моей специальности, падает. На мой взгляд, она наоборот не закрыта. И существует в целом по стране нехватка нейрохирургов и таких специалистов, поскольку мы видим, что очень много людей едут из регионов, очень многие по какой-то причине не хотят у себя на местах обращаться. Хотя, мне кажется, это заблуждение. Потому что уровень курсантов достаточно высокий, и люди вполне могут на местах оперировать какие-то вещи, кроме самых сложных, по которым нужен опыт. Поэтому я думаю, что количество нейрохирургов, как и других специалистов, должно возрастать.

И вот мое личное мнение, что люди должны получать высококвалифицированную, высокотехнологичную помощь именно на местах своего проживания, поскольку добираться до Москвы очень сложно, подчас для них это просто невозможно. Я являюсь сторонником децентрализации для того, чтобы люди могли по месту жительства, недалеко от того места, где они живут, легко добраться и своевременно получить эту помощь. И в то же время быть на связи, в контакте с тем доктором, который с ними работал. Потому что одной операцией дело не ограничивается, жизнь идет, и пациент нуждается в последующем наблюдении, в реабилитации, в контрольных осмотрах. Зачастую бывают рецидивы, новые проблемы, когда люди приходят ко мне, которые оперировались 10 лет назад, с какими-то новыми вопросами и проблемами, они всегда стремятся попасть к тому же человеку, с которым они уже имели дело, если был успешный исход.

В. Лич:

Сегодня ведется какая-то пропаганда среди самих пациентов о профилактике, правильной диагностике, куда, когда, обращаться?

П. Зеленков:

Это большой провал, на самом деле.

В. Лич:

Потому что в школах собираются вводить финансовую грамотность. Финансы важны, но ведь если не будет здоровья, то все остальное зачем нужно?

П. Зеленков:

Я не знал, что в школах преподают финансовую грамотность.

В. Лич:

В некоторых вводят, в том числе собираются дальше вводить.

П. Зеленков:

Медицинскую грамотность, наверное, преподавать было бы не менее важно, чем финансовую. Поскольку забота о своем здоровье - это приоритетное, на мой взгляд.

В. Лич:

Дети, начиная со школы, порой с детского сада, начинают вести несколько нездоровый образ жизни: гаджеты, достаточно сидячий образ жизни.

П. Зеленков:

Здесь и да, и нет. Сидячий образ жизни, однозначно, плохо. Конечно, спорт должен стоять на первом месте, активная подвижность. Тем не менее, реалии нашей жизни таковы, что детям приходится больше учиться, объемы информации, объемы знаний возрастают. Гаджет - это тоже неизбежное следствие научно-технического прогресса.

В. Лич:

Порой это зло, родители выгоняют детей от компьютеров. Если раньше нас было не загнать домой, то сейчас не выгнать детей из дома с этими гаджетами.

П. Зеленков:

Здесь надо всегда думать: а зачем ребенку гаджет? Смотреть не на поверхностные проявления проблемы, а на глубинные. То есть ребенку гаджет становится нужен тогда, когда ему просто скучно, и когда у него нет других занятий.

Ребенку гаджет становится нужен тогда, когда ему просто скучно, и когда у него нет других занятий.

В. Лич:

С другой стороны, не ходит по улице, не шатается неизвестно где.

П. Зеленков:

Он может идти в спортивную секцию и заниматься там. И здесь вопрос не к детям, а к родителям, как они организуют время своего ребенка, и что они делают для того, чтобы у него были интересные занятия, чтобы не было желания весь день сидеть в этом гаджете или не было возможности просто по времени, поскольку если он занимается и там, и сям, то у него не останется сил и времени на то, чтобы сидеть много часов. Но провести какое-то время в телефоне или планшете, на самом деле, ничего в этом плохого нет, поскольку это современная игрушка, такая же, как у нас были когда-то кубики, скакалки и так далее.

В. Лич:

Можно несколько пожеланий Вашим коллегам и пациентам?

П. Зеленков:

Я могу пожелать моим коллегам сохранять желание постоянно учиться чему-то новому, чтобы этот энтузиазм не угасал, чтобы никакие жизненные перипетии, обстоятельства его не нарушали, чтобы постоянно было стремление к совершенствованию методов, которыми ты владеешь, к обогащению знаниями.

Что касается пациентов, то я желаю сохранять трезвость суждений и не считать врачей богами в белых халатах, которые знают все лучше. То есть немножко следовать внутренней интуиции и разбираться в том, что тебе нужно, а что нет. Это такая необычная, может быть, рекомендация, особенно для российских реалий, тем не менее, начать нести больше ответственности за собственное здоровье. Лучше разбираться, получать образование, интересоваться, читать в интернете об особенности физиологии, анатомии. И узнавать особенности своей собственной болезни, и уже с этим багажом знаний идти к врачу. Трезво оценивать то, что тебе рекомендуют. Выбирать врача, выбирать клинику. На самом деле, свобода выбора сейчас - это очень хорошо. И вести здоровый образ жизни.

В. Лич:

Всего доброго. До новых встреч.

П. Зеленков:

Фотоника - область науки и техники, связанная с использованием светового излучения (или потока фотонов) в системах, которые генерируют, усиливают, модулируют, распространяют и детектируют оптические сигналы.

Оптоинформатика - выделившаяся и доминирующая в последние годы область фотоники, в которой создаются новые технологии передачи, приема, обработки, хранения и отображения информации на основе фотонов.

Фотоника и оптоинформатика - это энергично развивающаяся высокотехнологическая отрасль, ежегодный доход от продаж устройств и систем которой составляет в мире десятки триллионов рублей.

Егор Литвинов, студент

Фотоника для меня - это искусство управления светом, искусство использования света во благо человека. Как и любое искусство, фотоника имеет множество образов, представлений и интерпретаций и каждый человек видит ее по-своему. Занимаясь подобным искусством, ты получаешь целый ряд инструментов, из которых можешь выбрать те, которые тебе нужны, научиться в совершенстве пользоваться ими и применить их, чтобы получить фотонику такой, какой ты ее видишь. Владение этим искусством может приносить вдохновение и просто удовольствие. А в стремлении получить что-то новое ты рискуешь быть захваченным полностью.

Татьяна Вовк, студент

Я учусь на образовательной программе "Физика и технология наноструктур", и логично было бы предположить, что область моих знаний и интересов -- это именно нанофотоника, наука о взаимодействии света с различными наноструктурами и частицами. Это действительно так: в качестве научной работы я провожу исследование об оптическом охлаждении нанокристаллов. Однако на третьем курсе преподаватель нашей группы по квантовой механике, Юрий Владимирович Рождественский (также мой научный руководитель), разбирал классическую задачу о состояниях электронов в поле тяжести Земли. Самым активным студентам он предложил рассмотреть эту задачу не возле Земли, а возле нейтронной звезды, обладающей мощным полем тяготения. Было очень здорово обнаружить, что с помощью этой задачи можно объяснить радиоизлучение от нейтронных звезд, по поводу которого у специалистов-астрофизиков до сих пор нет единого мнения. В результате мы с однокурсником и нашими руководителями опубликовали исследование в высокорейтинговом зарубежном журнале - The Astrophysical Journal! Такое признание научного сообщества очень ценно, ведь никто из нас до этого не занимался астрофизикой. Нам было очень интересно развиваться и получать результаты в совершенно другой области физики -- на "Физике наноструктур" для этого есть все необходимое. Наши руководители и преподаватели всегда приветствуют инициативу и с удовольствием "запускают процесс" научного творчества. При должном упорстве это приводит к порой удивительным результатам!

Максим Масюков, студент

Имея широкий кругозор, мне было довольно трудно выбрать мою будущую профессию. В основном мне были интересны три дисциплины: информатика, физика, математика, и для меня было важно, чтобы в процессе обучения данные три дисциплины были главенствующими. Участвуя в олимпиаде для школьников, я услышал о факультете Фотоники и Оптоинформатики Университета ИТМО. Изучив сайт и дисциплины подготовки, я понял, что это то, что мне нужно. Фотоника - одна из наиболее молодых и быстроразвивающихся отраслей науки. Загоревшись желанием внести свой вклад в научный прогресс, я поступил на данный факультет, и остался удовлетворен. Со 2 курса я занимаюсь научной работой, которая включает в себя изучение свежих иностранных статей в данной научной области, программирование, математические расчёты, компьютерное моделирование. Разносторонние знания гарантируют успех в будущей карьере.

Владимир Борисов, аспирант

Фотоника, если хотите, это оптика XXI века. Почему же не продолжать называть её оптикой? Дело в том, что за последние 50-60 лет наука, изучающая физику света, шагнула настолько далеко вперед, что её едва ли можно сопоставить с общепринятой оптикой. Тут и нелинейные эффекты, и сверхвысокие плотности мощности, и сверхкороткие импульсы. Тут, конечно же, разнообразные квантовые эффекты и их применения. Словом, передний край оптической науки. И, поскольку такая наука уже ничем не напоминает старушку-оптику, то ей и нашлось новое слово - «Фотоника».
Фотоника - наука во многом прикладная. До фотоники никто и подумать не мог, насколько свет может быть полезен в нашей жизни. Сейчас мы движемся к тому, что все больше и больше новейших технологий используют свет. Мы уже умеем передавать информацию на огромные расстояния со скоростью света. А скоро научимся шифровать её так, что никто не сможет нас «подслушать». Мы идем к тому, чтобы лечить разные серьезные болезни при помощи световых технологий. Сейчас во время сложнейших операций, хирурги используют лазерные скальпели для совершения максимально точных надрезов. А представьте себе, что в скором времени достижения фотоники позволят нам вообще не делать надрез, чтобы удалить опухоль или залатать артерию. Благодаря фотонике, исследование дальнего космоса для нас - не такая уж недостижимая цель. А если ученые, в том числе и на нашем факультете, хорошо постараются, то фотоника в скором времени подарит нам настоящую шапку-невидимку и, быть может, световой меч. Ну и, конечно же, не стоит забывать о квантовом компьютере - одной из вершин современной науки, достижение которой невозможно без фотоники.
Словом, фотоника сейчас находится в авангарде современной науки. Она сочетает в себе возможность исследовать ещё неизученные вопросы, а также применять свои знания на благо общества. Пожалуй, это та область физики, где пытливый студент может максимально раскрыть свой потенциал, наилучшим образом реализовавшись в качестве ученого.

Ярослав Грачёв, к.ф.-м.н., ассистент, выпусник факультета

Фотоникой в настоящее время называют оптику в её современном аспекте. Факультет занимается развитием актуальных направлений оптики c применением современных информационных технологий, а это:
- и работа с лазерным импульсным излучением высокой энергии и сверхкороткой длительности;
- и, наоборот, использование низкоэнергетического излучения терагерцового диапазона электромагнитных волн для бесконтактной, неразрушающей диагностики и визуализации объектов с распознаванием веществ;
- и голография, включая как изобразительную голографию, так и создание и обработку трехмерных цифровых копий объекта в реальном времени.
Для меня работав этой области науки стала отличной возможностью для приобретения практических навыков конструкторской и экспериментальной деятельности. А человек с практическими умениями и знаниями всегда востребован.

Ольга Смолянская, к.ф.-м.н., руководитель лаборатории "Фемтомедицины" Международного института Фотоники и оптоинформатики

Термин «Фотоника» впервые прозвучал в 1970 году на 9-м Международном конгрессе по скоростной фотографии в США, г. Денвер. И на первом этапе под «фотоникой» понималась область науки, изучающая оптические системы, в которых носителями информации являлись фотоны. В связи с развитием лазерных технологий и изобретением лазерных диодов и волоконно-оптических систем связи в понятие «фотоника» вошли оптические телекоммуникации. Сегодня «фотоника» - это: оптические и квантовые системы связи;передача, запись и хранение информации; медицинская диагностика и терапия (биофотоника); разработка и производство лазеров; биологические и химические исследования различных объектов; экологический мониторинг; световой дизайн и т.д.
Биофотоника связана с фотобиологией и с медицинской физикой. Поэтому, с одной стороны, биофотоника занимается диагностикой и изучением биологических молекул, клеток и тканей. С другой стороны, она использует свет для воздействия на биологические ткани, например, в хирургии и терапии. Биофотоника изучает разные аспекты взаимодействия биологических объектов и фотонов. Поэтому область применения биофотоники - это, в первую очередь, здоровье человека. Специалисты в области биофотоники также занимаются созданием источников света медицинского назначения, детекторов, систем визуализации и математической обработки оптических сигналов.

Мария Жукова, аспирант

Фотоника - это наука о свете, это технологии его создания, преобразования, применения и обнаружения. Свет всегда играл важную роль в жизни человека - задумайтесь, благодаря ему мы ориентируемся в пространстве, видим друг друга. Сначала люди научились создавать искусственные источники света для обеспечения комфортного существования, а теперь мы имеем огромное количество высокотехнологических устройств, которые используются в многочисленных и разнообразных областях техники.
Фотоника включает в себя применение лазеров, оптики, кристаллов, волоконной оптики, электрооптических, акустооптических устройств, камер, сложных интегральных систем. Фотоника сегодня - это, как научные исследования, так и реальные разработки в областях: медицины, альтернативной энергетики, быстрых вычислений, создания высокопроизводительных компьютеров, новых материалов, телекоммуникации, экологического мониторинга, безопасности, аэрокосмической промышленности, стандартов времени, искусства, печати, прототипирования, и практически всего, что нас окружает.
На сегодняшний день в России, как и во всем мире, все больше и больше компаний и крупный производственных предприятий начинают создавать и использовать новые технологии, связанные с фотоникой. Фотоника открывает широкие возможности и перспективы развития в научной академической среде, а также в области реальных разработок. Это область знания, несомненно, будет развиваться из года в год!

Министерство связи РФ
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«Поволжский государственный университет телекоммуни-
каций и информатики»	Глущенко А.Г., Жуков С.В.
_________________________________	Основы фотоники. Конспект лекций. – Самара.: ГОУВПО
	ПГУТИ, 2009. – 100 с.
Кафедра физики
	(Аннотация дисциплины).
А.Г. Глущенко, С.В. Жуков
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ	Рецензент:
	Петров П.П. – к.т.н., доцент, доцент кафедры « ………..
ОСНОВЫ ФОТОНИКИ	» ГОУВПО ПГУТИ
По направлению подготовки: Фотоника и оптоинформатика ()

Самара – 2009

	Наименование
	раздела дисципли-
	источники сплошного	тепловые источники, газо-
	и линейчатого спек-	разрядные лампы, светоди-
		оды, лазерная искра;
		основные типы лазеров
		(твердотельные, газовые,
		ионные, полупроводнико-
		вые, непрерывные и им-
	источники коге-	пульсные, с перестройкой
	рентного излуче-	частоты излучения и дли-
		тельности импульсов), ге-
		нераторы гармоник, ВКР и
		ВРМБ преобразователи,
		генераторы спектрального
		суперконтинуума;
		фотокатоды и ФЭУ, полу-
	приемники излуче-	проводниковые приемники,
		светочувствительные мат-
		рицы, микроболометры;
		электрооптические и аку-
		стооптические световые
	устройства управ-	затворы, жидко-
	ления характери-	кристаллические и полу-
	стиками когерент-	проводниковые транспа-
	ных пучков:	ранты, устройства на осно-
		ве фоторефрактивных сред,
		изоляторы Фарадея;
		электронно-лучевые и,
		жидкокристаллические
	устройства отобра-	дисплеи, лазерные проек-
	жения информации:	ционные системы, голо-
		графические дисплеи, си-
		стемы формирования объ-

	Наименование
	раздела дисципли-
		емного изображения;
		принципы создания микро-
		электромеханических
	микроэлектромеха-	устройств и фотолитогра-
		фия, оптические микро-
	нические устрой-	электромеханические эле-
		менты, применение микро-
		электромеханических
		устройств;
		компоненты волоконно-
	устройства управ-	оптических линий, модуля-
		торы, мультиплексоры и
	ления светом в оп-
		демультиплексоры, изоля-
	тических воло-	торы, соединители, развет-
	конных световодах:
		вители, фокусирующие
		элементы;
		планарные диэлектриче-
	устройства управ-	ские волноводы, нелиней-
		ные преобразователи излу-
	ления светом в ин-	чения, канальные волново-
	тегральной оптике:	ды, элементы ввода-вывода
		излучения;
		оптические цепи, опти-
	устройства управ-	ческий транзистор, микро-
	ления светом на	чип, оптические ограни-
	основе фотонных	чители, фотонно-
	кристаллов:	кристаллические волокна

Введение

Фотоника - наука, изучающая разные формы излучения, которые создаются частицами света, то есть фотонами.

Определения термина

Интересно, что общепринятого определения термина «Фотоника» не существует.

Фотоника - это наука о генерации, управлении и обнаружении фотонов, особенно в видимом и ближнем инфракрасном спектре, а также о их распространении на ультрафиолетовой (длина волны 10-380 нм), длинноволновой инфракрасной (длина волны 15-150 мкм) и сверхинфракрасной части спектра (например, 2-4 ТГц соответствует длине волны 75-150 мкм), где сегодня активно развиваются квантовые каскадные лазеры.

Фотоника также может быть охарактеризована как область физики и технологии, связанная с излучением, детектированием, поведением, последствиями существования и уничтожения фотонов. Это означает, что фотоника занимается контролем и преобразованием оптических сигналов и имеет широкое поле для своего применения: от передачи информации через оптические волокна до создания новых сенсоров, которые модулируют световые сигналы в соответствии с малейшими изменениями окружающей среды.

Некоторые источники отмечают, что термин «оптика» постепенно заменяется новым обобщённым названием - «фотоника».

Фотоника покрывает широкий спектр оптических, электрооптических и оптоэлектронных устройств и их разнообразных применений. Коренные области исследований фотоники включают волоконную и интегральную оптику, в том числе нелинейную оптику, физику и технологию полупроводниковых соединений, полупроводниковые лазеры, оптоэлектронные устройства, высокоскоростные электронные устройства.

Междисциплинарные направления

Благодаря высокой мировой научной и технической активности и огромной востребованности новых результатов

внутри фотоники возникают новые и новые междисциплинарные направления:

Микроволновая фотоника изучает взаимодействие между оптическим сигналом и высокочастотным (больше 1 ГГц) электрическим сигналом. Эта область включает основы оптикомикроволнового взаимодействия, работу фотонных устройств при СВЧ, фотонный контроль СВЧ устройств, линий высокочастотной передачи и использование фотоники для выполнения различных функций в микроволновых схемах

Компьютерная фотоника объединяет современную физическую и квантовую оптику, математику и компьютерные технологии и находящуюся на этапе активного развития, когда становится возможным реализовать новые идеи, методы и технологии.

Оптоинформатика - область науки и техники, связанная с исследованием, созданием и эксплуатацией новых материалов, технологий и устройств для передачи, приёма, обработки, хранения и отображение информации на основе оптических технологий.

Связь фотоники с другими областями наук

Классическая оптика. Фотоника близко связана с оптикой. Однако оптика предшествовала открытию квантования света (когда фотоэлектрический эффект был объяснен Альбертом Эйнштейном в 1905 г.). Инструменты оптики - преломляющая линза, отражающее зеркало, и различные оптические узлы, которые были известны задолго до 1900 г. При этом ключевые принципы классической оптики, такие как правило Гюйгенса, Уравнения Максвелла, и выравнивание световой волны не зависят от квантовых свойств света, и используются как в оптике, так и в фотонике.

Современная оптика Термин «Фотоника» в этой области приблизительно синонимичен с терминами «Квантовая оптика», «Квантовая электроника», «Электрооптика», и «Оптоэлектроника». Однако каждый термин используется различными научными обществами с разными дополнительными значениями: например, термин «квантовая оптика» часто обозначает фундаментальное исследование, тогда как термин «Фотоника» часто обозначает прикладное исследование.

Термин «Фотоника» в области современной оптики наиболее часто обозначает:

Партикулярные свойства света Возможность создания фотонных технологий обработки

сигналов Аналогия к термину «Электроника».

История фотоники

Фотоника как область науки началась в 1960 г. с изобретением лазера, а также с изобретения лазерного диода в 1970-х с последующим развитием оптоволоконных систем связи как средств передачи информации, использующих световые методы. Эти изобретения сформировали базис для революции телекоммуникаций в конце XX-го века, и послужили подспорьем для развития Интернета.

Исторически, начало употребления в научном сообществе термина «фотоника» связано с выходом в свет в 1967 г. книги академика А. Н. Теренина «Фотоника молекул красителей». Тремя годами раньше по его инициативе на физическом факультете ЛГУ была создана кафедра биомолекулярной и фотонной физики, которая с 1970 г. называется кафедрой фотоники.

А. Н. Теренин определил фотонику как «совокупность взаимосвязанных фотофизических и фотохимических процессов». В мировой науке получило распространение более позднее и более широкое определение фотоники, как раздела науки, изучающего системы, в которых носителями информации являются фотоны. В этом смысле термин «фотоника» впервые прозвучал на 9-ом Международном конгрессе по скоростной фотографии.

Термин «Фотоника» начал широко употребляться в 1980-х в связи с началом широкого использования оптоволоконной передачи электронных данных телекоммуникационными сетевыми провайдерами (хотя в узком употреблении оптоволокно использовалось и ранее). Использование термина было подтверждено, когда сообщество IEEE установило архивный доклад

с названием «Photonics Technology Letters» в конце 1980-х.

В течение с этого периода приблизительно до 2001 г., фотоника как область науки была в значительной степени сконцентрирована на телекоммуникациях. С 2001 г. года термин

«Фотоника» также охватывает огромную область наук и технологий, в том числе:

лазерное производство, биологические и химические исследования, медицинская диагностика и терапия, технология показа и проекции, оптическое вычисление.

Оптоинформатика

Оптоинформатика - это область фотоники, в которой создаются новые технологии передачи, приёма, обработки, хранения и отображения информации на основе фотонов. По существу, без оптоинформатики немыслим современный Интернет.

К перспективным примерам систем оптоинформатики можно отнести:

Оптические телекоммуникационные системы со скоростью передачи данных до 40 терабит в секунду по одному каналу;

оптические голографические запоминающие устройства сверхбольшой емкости до 1,5 терабайт на диск стандартных размеров;

многопроцессорные компьютеры с оптической межпроцессорной связью;

оптический компьютер, в котором свет управляет светом. Максимальная тактовая частота такого компьютера может составлять 1012-1014 Гц, что на 3-5 порядков выше существующих электронных аналогов;

фотонные кристаллы - новые искусственные кристаллы, имеющие гигантскую дисперсию и рекордно низкие оптические потери (0.001 дБ/км).

Лекция 1 Тема 1. История возникновения фотоники. Пробле-

мы электронных ЭВМ.

Раздел 1.1. История возникновения фотоники.

Использование света для передачи информации имеет давнюю историю. Моряки применяли сигнальные лампы для передачи информации с помощью кода Морзе, а маяки в течение многих веков предупреждали мореплавателей об опасностях.

Клауд Чапп в девяностых годах XVIII века построил оптический телеграф во Франции. Сигнальщики располагались на вышках, расположенных от Парижа до Лилля по цепочке длиной 230 км. Сообщения передавалось из одного конца в другой за 15 минут. В Соединенных Штатах оптический телеграф соединял Бостон с островом Марта Вайнярд, расположенным недалеко от этого города. Все эти системы со временем были заменены электрическими телеграфами.

Английский физик Джон Тиндалл в 1870 году продемонстрировал возможность управления светом на основе внутренних отражений. На собрании Королевского общества было показано, что свет, распространяющийся в струе очищенной воды, может огибать любой угол. В эксперименте вода протекала над горизонтальным дном одного желоба и падала по параболической траектории в другой желоб. Свет попадал в струю воды через прозрачное окно на дне первого желоба. Когда Тиндалл направлял свет по касательной к струе, аудитория могла наблюдать зигзагообразное распространение света внутри изогнутой части струи. Аналогичное зигзагообразное распростра-

нение света происходит и в оптическом волокне.

Десятилетием позднее Александр Грэхем Белл запатентовал фотофон (рис.), в котором направленный

помощью системы линз и зеркал свет направлялся на плоское зеркало, закрепленное на рупоре. Под воздействием звука зеркало колебалось, что приводило к модуляции отраженного света. В приемном устройстве использовался детектор на основе селена, электрическое сопротивление которого меняется в зависимости от интенсивности падающего света. Модулированный голосом солнечный свет, падающий на образец селена, изменял силу тока, протекающего через контур приемного устройства, и воспроизводил голос. Данное устройство позволяло передавать речевой сигнал на расстояние более 200 м.

В начале XX века были проведены теоретические и экспериментальные исследования диэлектрических волноводов, в том числе гибких стеклянных стержней.

В 50-е годы волокна, предназначенные для передачи изображения, были разработаны Брайеном О"Бриеном, работавшим в Американской оптической компании, и Нариндером Капани с коллегами в Императорском научно-технологическом колледже в Лондоне. Эти волокна нашли применение в световодах, используемых в медицине для визуального наблюдения внутренних органов человека. Доктор Капани был первым, кто разработал стеклянные волокна в стеклянной оболочке и ввел термин "волоконная оптика" (1956 г.). В 1973 году доктор Капани основал компанию Kaptron, специализирующуюся в области волоконно-оптических разветвителей и коммутаторов.

В 1957 году Гордон Голд, выпускник Колумбийского университета, сформулировал принципы работы лазера как интенсивного источника света. Теоретические работы Чарльза Таунса совместно с Артуром Шавловым в Bell Laboratories способствовали популяризации идеи лазера в научных кругах и вызвали бурный всплеск экспериментальных исследований, направленных на создание работающего лазера. В 1960 году Теодор Мэймен в Hughes Laboratories создал первый в мире рубиновый лазер. В этом же году Таунс продемонстрировал работу гелий-неонового лазера. В 1962 году лазерная генерация была получена на полупроводниковом кристалле. Именно такой тип лазера используется в волоконной оптике. Голду с большим опозданием, только в 1988 году, удалось получить четыре ос-

новных патента по результатам работ, выполненных им в 50-е	Военно-морские силы США внедрили волоконно-
годы и посвященных принципу работы лазера.	оптическую линию на борту корабля Little Rock в 1973 году. В
Использование излучения лазера как носителя информа-	1976-м в рамках программы ALOFT военно-воздушные силы
ции не было оставлено без внимания специалистами по комму-	заменили кабельную оснастку самолета А-7 на волоконно-
никации. Возможности лазерного излучения для передачи ин-	оптическую. При этом кабельная система из 302 медных кабе-
формации в 10 000 раз превышают возможности радиочастотно-	лей, имевшая суммарную протяженность 1260 м и весившая 40
го излучения. Несмотря на это, лазерное излучение не вполне	кг, была заменена на 12 волокон общей длиной 76 м и весом 1.7
пригодно для передачи сигнала на открытом воздухе. На работу	кг. Военные были первыми и в деле внедрения волоконно-
такого рода линии существенно влияют туман, смог и дождь,	оптической линии. В 1977 году была запущена 2-км система со
равно как и состояние атмосферы. Лазерному лучу гораздо	скоростью передачи информации 20 Мб/сек (мегабит в секун-
проще преодолеть расстояние между Землей и Луной, чем меж-	ду), связавшая наземную спутниковую станцию с центром
ду противоположными границами Манхеттена. Таким образом,	управления.
первоначально лазер представлял собой коммуникационный	В 1977 году компании AT&T и GTE установили коммер-
световой источник, не имеющий подходящей среды передачи.	ческие телефонные системы на основе оптического волокна.
В 1966 году Чарльз Као и Чарльз Хокхэм, работавшие в	Эти системы превзошли по своим характеристикам считавшиеся
английской лаборатории телекоммуникационных стандартов,	ранее незыблемыми стандарты производительности, что приве-
	ло к их бурному распространению в конце 70-х и начале 80-х
пользоваться как среда передачи при достижении прозрачности,	годов. В 1980-м AT&T объявила об амбициозном проекте воло-
обеспечивающей затухание (определяет потери при передаче	конно-оптической системы, связывающей между собой Бостон и
сигнал) менее 20 дБ/км (децибел на километр). Они пришли к	Ричмонд. Реализация проекта воочию продемонстрировала ско-
выводу, что высокий уровень затухания, присущий первым во-	ростные качества новой технологии в серийных высокоскорост-
локнам (около 1000 дБ/км), связан с присутствующими в стекле	ных системах, а не только в экспериментальных установках. По-
примесями. Был также указан путь создания пригодных для те-	сле этого стало ясно, что в будущем ставку надо делать на воло-
лекоммуникации волокон, связанный с уменьшением уровня	конно-оптическую технологию, показавшую возможность ши-
примесей в стекле.	рокого практического применения.
В 1970 году Роберт Маурер со своими коллегами из	По мере развития технологии столь же быстро расширя-
Corning Glass Works получил первое волокно с затуханием ме-	лось и крепло производство. Уже в 1983 году выпускался одно-
нее 20 дБ/км. К 1972 году в лабораторных условиях был достиг-	модовый волоконнооптический кабель, но его практическое ис-
нут уровень в 4 дБ/км, что соответствовало критерию Као и	пользование было связано со множеством проблем, поэтому на
Хокхэма. В настоящее время лучшие волокна имеют уровень	протяжении многих лет полностью использовать такие кабели
потерь в 0.2 дБ/км.	удавалось лишь в некоторых специализированных разработках.
Не менее крупный успех был достигнут в области полу-	К 1985 году основные организации по передаче данных на
проводниковых источников и детекторов, соединителей, техно-	большие расстояния, компании AT&T и МО, не только внедри-
логии передач, теории коммуникаций и других связанных с во-	ли одномодовые оптические системы, но и утвердили их в каче-
локонной оптикой областях. Все это вместе с огромным интере-	стве стандарта для будущих проектов.
сом к использованию очевидных преимуществ волоконной оп-	Несмотря на то, что компьютерная индустрия, техноло-
тики обусловило в середине и конце 70-х годов существенные	гия компьютерных сетей и управление производством не столь
продвижения на пути создания волоконно-оптических систем.	быстро, как военные и телекоммуникационные компании, брали

на вооружение волоконную оптику, тем не менее и в этих областях также производились экспериментальные работы по исследованию и внедрению новой технологии. Наступление эры информации и возникшая в связи с этим потребность в более производительных телекоммуникационных системах только подхлестнули дальнейшее развитие волоконно-оптической технологии. Сегодня эта технология находит широкое применение и вне области телекоммуникаций.

Например, компания IBM, лидер в производстве компьютеров, объявила в 1990 году о выпуске нового быстродействующего компьютера, использующего контроллер канала связи с дисковыми и ленточными внешними накопителями на основе волоконной оптики. Это стало первым применением волоконной оптики в серийном оборудовании. Внедрение волоконного контроллера, получившего название ESCON, позволило передавать информацию с большей скоростью и на большие расстояния. Предшествующая модель контроллера на основе медных проводников имела скорость передачи данных 4,5 Мб/сек с максимальной длиной линии передачи в 400 футов. Новый контроллер работает со скоростью 10 Мб/сек на расстоянии в несколько миль.

В 1990 году Линн Моллинар продемонстрировал возможность передачи сигнала без регенерации со скоростью 2,5 Гб/сек на расстояние около 7500 км. Обычно волоконнооптический сигнал необходимо усиливать и периодически восстанавливать его форму - примерно через каждые 25 км. При передаче волоконно-оптический сигнал теряет мощность и искажается. В системе Моллинара лазер работал в солитонном режиме и использовалось самоусиливающее волокно с добавками эрбия. Солитонные (в очень узком диапазоне) импульсы не рассеиваются и сохраняют свою первоначальную форму по мере распространения по волокну. В то же самое время японской компанией Nippon Telephone & Telegraph была достигнута скорость 20 Гб/сек, правда, на существенно более короткое расстояние. Ценность солитонной технологии заключается в принципиальной возможности прокладки по дну Тихого или Атлантического океана волоконно-оптической телефонной системы, не требующей установки промежуточных усилителей. Однако с

1992 года солитонная технология остается на уровне лабораторных демонстраций и не находит пока коммерческого применения.

Информационная эра Четыре процесса, связанные с манипулированием ин-

формацией, основаны на применении электроники: 1.Сбрр

2. Хранение

3. Обработка и анализ

4. Передача

Для реализации этих процессов используется достаточно современное оборудование: компьютеры, электронные офисы, разветвленные телефонные сети, спутники, телевидение и т.д. Оглянувшись вокруг, можно обнаружить массу подтверждений наступления новой эры. Ежегодный прирост услуг в области информационной индустрии составляет сейчас около 15%.

Ниже приводятся факты, свидетельствующие о важности

и перспективности электроники в современной жизни.

В США в 1988 году насчитывалось 165 миллионов телефонных аппаратов, тогда как в 1950-м их было только 39 миллионов. Кроме того, услуги, предоставляемые телефонными компаниями, стали гораздо разнообразнее.

С 1950 по 1981 годы протяженность проводов телефонных систем возросла с 147 миллионов миль до 1.1 миллиарда.

В 1990 году общая протяженность оптических волокон в телефонных системах США составила около 5 миллионов миль. К 2000 году она возрастет до 15 миллионов миль. При этом возможности каждого волокна соответствуют возможностям нескольких медных кабелей.

В 1989 году в США было продано около 10 миллионов персональных компьютеров. Еще в 1976 году персональных компьютеров не было вообще. Сейчас это обычный элемент оборудования любого офиса и промышленного производства.

В настоящее время в США через персональный компьютер и обычную телефонную сеть открыт доступ к тысячам компьютерных баз данных.

Факсимильные сообщения (факсы) стали преобладать в деловой переписке.

Первая телефонная система на волоконно-оптическом	Телекоммуникации и компьютеры
кабеле, установленная в 1977 году, позволяла передавать ин-	До недавнего времени существовало четкое разграниче-
формацию со скоростью 44,7 Мб/сек и проводить переговоры	ние между тем, что составляло часть телефонной системы, и
одновременно по 672 каналам. Сегодня система Sonet, являю-	тем, что относилось к компьютерной системе. Например, теле-
щаяся стандартной системой в оптической телефонии, позволяет	фонным компаниям было запрещено участие на рынке компью-
передавать информацию с максимальной скоростью 10 Гб/сек,	терной технологии. Сегодня запрет формально остается в силе,
что примерно в 200 раз превосходит возможности первой опти-	но действие его в существенной мере ослаблено. Компьютеры
ческой системы. Предполагается достижение и стандартизация	могут теперь передавать данные по телефонным линиям, а те-
существенно более высоких скоростей, которые пока не доступ-
ны на современных электронных компонентах.	компьютерному) сигнал перед передачей. Телефонные и ком-
Во всех приведенных выше примерах фигурируют ис-	пьютерные компании все чаще конкурируют на рынке инфор-
точники информации и средства их объединения. Под информа-	мационных технологий.
цией здесь можно понимать как содержание телефонного разго-	Причины, приведшие к ослаблению данного запрета, по-
вора с другом, так и любой проект. Средства передачи инфор-	нятны. Развитие электронной технологии подразумевает тесное
мации из одного места в другое важны с точки зрения обладания	взаимодействие ее различных направлений. Различие между
полным объемом информации в любом месте страны. В каче-	компьютерной и телефонной технологиями ослабло еще более в
стве примера передачи информации можно привести как теле-	1982 году после распада компании AT&T, самой крупной кор-
фонный разговор с абонентом, находящимся па другом конце	порации в мировом масштабе. Информационная сеть становится
страны, так и разговор между соседними офисами, разделенны-	единой системой. Сейчас все труднее определить, за какую
ми парой дверей. Телефонные компании все более широко ис-	часть сети ответственны телефонные компании, какая часть сети
пользуют одинаковые цифровые технологии, как для передачи	принадлежит компьютерным компаниям, а какая находится в
	собственности домовладельца.
вычно, но с точки зрения цифровых технологий передачи ин-	Развитие кабельной сети в США, вместе с включением
	передачи компьютерных данных в сферу услуг, оказываемых
	телефонными компаниями, являются лучшим доказательством
цифровые импульсы или числа, вид которых в точности соот-	преимуществ, связанных с наступлением информационной эры.
ветствует компьютерным данным. Такого рода преобразования	Ранее телефонные компании обеспечивали двустороннюю связь
звукового сигнала в цифровой позволяют телефонным компани-	между абонентами, называемую POTS (Plain Old Telephone Ser-
ям с меньшими искажениями передавать разговор. В большин-	vices - обычные старые телефонные услуги). В настоящее вре-
стве новых телефонных систем используется именно цифровая	мя появилось множество других услуг, таких как автоматиче-
технология. В 1984 году около 34% центральных телефонных	ский "дозвон", автоответчик и т.д. (эти услуги называют PANS
станций использовали цифровое передающее оборудование. К	Pretty Amazing New Services - просто удивительные новые
1994 году эта величина возросла до 82%. Волоконная оптика	услуги). Телефонные компании нацелены на создание интегри-
исключительно удобна для цифровых телекоммуникаций. По-	рованных цифровых сетей (Integrated Services Digital Network,
вышение требований к эффективности, надежности, скорости и	ISDN), предназначенных для передачи по телефонной сети го-
экономичности передачи данных обеспечивается характеристи-	лоса, данных и видеоизображения. Такого рода сети представ-
ками волоконно-оптических систем.	ляют возможность передать любого вида информацию куда
	угодно и в любое время.

Волоконно-оптическая альтернатива

Обсуждаемая в этой главе глобальная сеть требует эффективной среды для передачи информации. Традиционные технологии, основанные на применении медного кабеля или микроволновой передаче, имеют недостатки и существенно уступают по характеристикам волоконной оптике. Например, медные кабели характеризуются ограниченной скоростью передачи информации и подвержены влиянию внешних полей. Микроволновая передача, хотя и может обеспечить достаточно высокую скорость передачи информации, требует использования дорогостоящего оборудования и ограничивается зоной прямой видимости. Волоконная оптика позволяет передавать информацию с существенно более высокими скоростями по сравнению с медными кабелями и имеет гораздо более приемлемую стоимость и меньше ограничений, чем микроволновая технология. Возможности волоконной оптики только начинают реализовываться. Уже сейчас волоконно-оптические линии превосходят по своим характеристикам аналоги, основанные на медном кабеле, и нужно учитывать, что технологические возможности медных кабелей имеют меньший потенциал развития, чем начинающая развиваться волоконно-оптическая технология. Волоконная оптика обещает стать неотъемлемой частью информационной революции, равно как и частью всемирной кабельной сети.

Волоконная оптика будет влиять на жизнь каждого человека, порой практически незаметно. Приведем несколько примеров незаметного вхождения волоконной оптики в нашу жизнь:

ния в ваш дом по кабелю; соединение электронного оборудования в вашем офисе с

оборудованием в других офисах; соединение электронных блоков в вашем автомобиле;

управление производственным процессом в промышленности.

Волоконная оптика является новой технологией, только начинающей свое развитие, но уже доказана необходимость ее применения как среды передачи для различных прикладных за-

дач, а характеристики волоконной оптики позволят в будущем существенно расширить область ее применения.

1.2. Проблемы электронных ЭВМ.

Первые серийные универсальные ЭВМ на транзисторах были выпущены в 1958 году одновременно в США, ФРГ и Японии. В Советском Союзе первые безламповые машины «Сетунь», «Раздан» и «Раздан 2» были созданы в 1959-1961 годах. В 60-х годах советские конструкторы разработали около 30 моделей транзисторных компьютеров, большинство которых стали выпускаться серийно. Наиболее мощный из них - «Минск 32» выполнял 65 тысяч операций в секунду. Появились целые семейства машин: «Урал», «Минск», БЭСМ. Рекордсменом среди ЭВМ второго поколения стала БЭСМ 6, имевшая быстродействие около миллиона операций в секунду - одна из самых производительных в мире.

Приоритет в изобретении интегральных схем, ставших элементной базой ЭВМ третьего поколения, принадлежит американским ученым Д. Килби и Р. Нойсу, сделавшим это открытие независимо друг от друга. Массовый выпуск интегральных схем начался в 1962

году, а в 1964 начал быстро осуществляться переход от дискретных элементов к интегральным. Упоминавшийся выше ЭНИАК размерами 9x15 метров в 1971 году мог бы быть собран на пластине в 1,5 квадратных сантиметра. В 1964 году фирма IBM объявила о создании шести моделей семейства IBM (System 360), ставших первыми компьютерами третьего поколения. Модели имели единую систему команд и отличались друг от друга объемом оперативной памяти и производительностью.

Начало 70-х годов знаменует переход к компьютерам четвертого поколения - на сверхбольших интегральных схемах

(СБИС). Другим признаком ЭВМ нового поколения являются резкие изменения в архитектуре.

Техника четвертого поколения породила качественно новый элемент ЭВМ - микропроцессор или чип (от английского слова chip). В 1971 году пришли к идее ограничить возможности процессора, заложив в него небольшой набор операций, микропрограммы которых должны быть заранее введены в постоянную память. Оценки показали, что применение постоянного запоминающего устройства в 16 килобит позволит исключить 100-200 обычных интегральных схем. Так возникла идея микропроцессора, который можно реализовать даже на одном кристалле, а программу в его память записать навсегда.

К середине 70-х годов положение на компьютерном рынке резко и непредвиденно стало изменяться. Четко выделились две концепции развития ЭВМ. Воплощением первой концепции стали суперкомпьютеры, а второй -персональные ЭВМ. Из больших компьютеров четвертого поколения на сверхбольших интегральных схемах особенно выделялись американские машины «Крей-1» и «Крей-2», а также советские модели «Эль- брус-1» и «Эльбрус-2». Первые их образцы появились примерно

в одно и то же время - в 1976 году. Все они относятся к категории суперкомпьютеров, так как имеют предельно достижимые для своего времени характеристики и очень высокую стоимость. К началу 80-х годов производительность персональных

компьютеров составляла сотни тысяч операций в секунду, производительность суперкомпьютеров достигала сотен миллионов операций в секунду, а мировой парк компьютеров превысил 100 млн.

вышла знаменитая теперь статья Гордона Мура (Gordon Moore)

«Переполнение числа элементов на интегральных схемах»

(«Cramming more components onto integrated circuits»), в которой тогдашний директор отдела разработок компании Fairchild Semiconductors и будущий сооснователь корпорации Intel дал прогноз развития микроэлектроники на ближайшие десять лет, предсказав, что количество элементов на кристаллах электронных микросхем будет и далее удваиваться каждый год. Позднее, выступая в 1975 году перед аудиторией конференции International Electron Devices Meeting, Годрон Мур отметил, что за прошедшее десятилетие количество элементов на кристаллах действительно удваивалось каждый год, однако в будущем, когда сложность чипов возрастёт, удвоение числа транзисторов в микросхемах будет происходить каждые два года. Это новое предсказание также сбылось, и закон Мура продолжает в этом виде (удвоение за два года) действовать и поныне, что можно наглядно видеть по следующей таблице (рис. 1.4.) и графику

Если судить по последнему технологическому скачку, который удалось совершить Intel за последний год, подготовив двуядерные процессоры с удвоенным количеством транзисторов на кристалле, а в случае с переходом от Madison к Montecito - так вообще учетверяющему это количество, то закон Мура возвращается, пусть и ненадолго, к своему первоначальному виду - удвоение числа элементов на микросхеме за год. Можно рассмотреть следствие закона для тактовой частоты микропроцессоров, хотя Гордон Мур неоднократно утверждал, что его закон относится только к числу транзисторов на кристалле и отражает

В Екатеринбурге прошла международная промышленная выставка «Иннопром-2015». В этом году пленарные сессии и заседания, международные конференции и экспертные панели охватывали широчайший круг тем и вопросов. Результатом этого общения стали десятки конкретных соглашений и крупных контрактов.

Будущее - за фотоникой. Одной из самых продуктивных была дискуссия на круглом столе «Фотоника - движущая сила инновационного развития промышленности», где обсуждались вопросы развития фотоники в России, перспективы ее применения в науке и промышленности. Партнерами мероприятия выступили лидеры отрасли: «Швабе», «Лазерный центр» и «Сколково». Термин «фотоника», образованный по аналогии со словом «электроника», возник не так давно, 5–7 лет назад. Россия занимает приоритетное место в мире по фотонике. У истоков этого направления стояли выдающиеся ученые нашей страны: академики Николай Басов, Александр Прохоров, Николай Вавилов. Лидирующее положение на рынке фотоники занимает сейчас школа Валентина Павловича Гапонцева. Компания IPG Photonics, которую он возглавляет, выпускает 40 процентов волоконных лазеров в мире.

«В России мы имеем сотни предприятий и организаций, кто занимается фотоникой. Они проводят научные исследования и публикуют научные статьи, выпускают продукцию, которую можно заказать и купить, готовят профильные кадры, - рассказывает президент Лазерной ассоциации России Иван Ковш. - Сюда входят академические и отраслевые институты, университеты, предприятия, КБ, но вообще наша область - это малые предприятия. Около 350 малых предприятий производят 70 процентов всей гражданской фотоники в России, примерно две тысячи моделей - это оптические элементы, какие-то источники излучения и другие виды продукции».

Одной из существенных задач для отрасли является не только создание, но и продвижение технологии в практику, и очень мощный инструмент для этого - региональные отраслевые центры компетенции. Сейчас они используются во всем мире, и у нас в стране тоже есть такой опыт. Например, пять российско-германских центров были созданы в России в течение последних десяти лет в рамках российско-германского соглашения о научно-техническом сотрудничестве в области лазеров и оптических технологий. Немцами было поставлено новейшее оборудование, центры работают в пяти городах, они небольшие, по 5–8 человек. За десять лет через них прошло 1,5 тысячи предприятий. И каждое третье из них стало сегодня пользователем лазерных технологий в обработке материалов.

Каковы сегодня основные тенденции мирового рынка? Главная - быстрое наращивание числа технологий и методик фотоники, которые имеют чисто экономическое применение. Увеличение объемов производства продукции фотоники в тех областях, где она уже активно применяется, что связано как с развитием технологий, так и с развитием новых материалов и оборудования. Основные направления развития сегодня - производственные технологии, поскольку передовые страны стали на путь реиндустриализации и активно требуют новых технологий. О том, как лазерные фотонные технологии влияют на инновации, можно судить на таком примере. Сегодня в микроэлектронике важнейшей проблемой является уменьшение элемента - чипа. Лучший пока размер 20 нанометров. Сделать это без фотоники невозможно. В этом процессе используется литография, коротковолновая или ионная. Так вот, 1 миллион долларов, затраченных на литографию, позволяет выпустить на 100 миллионов долларов чипов. Эти чипы, которые иначе как лазерами не сделаешь, можно пустить на 1,5 миллиарда долларов уже конечной продукции: компьютеры, цифровые камеры, телефоны и так далее. Вот перспективы использования фотоники: вложил 1 миллион долларов - на выходе получил 1,5 миллиарда!

Или, скажем, такая животрепещущая тема, как «фотоника и медицина». Сегодня население планеты стремительно стареет, возникает множество новых заболеваний. Проблемы здравоохранения выходят на первый план. Например, США тратят на общественное здравоохранение 1 триллион 800 миллиардов долларов в год, Германия - 225 миллиардов евро. Это огромные цифры. По данным японских экспертов, только одно внедрение технологий фотоники в диагностику и лечение сокращает расходы на здравоохранение на 20 процентов. Это примерно 400 миллиардов долларов в год.

Другой аспект - светотехника, точнее, освещение с помощью светодиодов. 15 процентов мирового производства электроэнергии тратится сегодня на освещение. Эта цифра, вероятно, удвоится в ближайшие 20 лет в связи с быстрой урбанизацией Азии, что несет внушительные расходы и загрязнение природы, потому что отходы при выработке энергии огромные. Единственный выход - использование светодиодов, имеющих высокий КПД. Это позволит уменьшить расход электроэнергии в два раза. Как известно, создатели светодиода были отмечены Нобелевской премией.

Интересно, что за последние годы наблюдается резкое увеличение роли Китая в развитии фотоники. Он сделал это направление одним из приоритетов государственной политики в области науки и техники. Китай развивает фотонику с темпом 25 процентов в год, за 15 лет создано 5000 предприятий в этой отрасли. И сегодня китайцы производят фотоники больше, чем весь Евросоюз. США, Китай и Евросоюз очень активно используют государственное влияние на развитие фотоники.

Полную версию статьи читайте в новом номере журнала "Редкие земли".

I. Определение радиофотонники

По­след­ние де­ся­ти­ле­тия в сфе­ре сверх­ши­ро­ко­по­лос­ных си­стем пе­ре­дач мы на­блю­да­ем про­цесс за­ме­ще­ния «элек­трон­ных» си­стем на «фо­тон­ные». Свя­за­но это в первую оче­редь, с иной фи­зи­че­ской при­ро­дой фо­то­на. От­сут­ствие за­ря­да и мас­сы на­де­ля­ет его свой­ства­ми не­воз­мож­ны­ми для элек­тро­на. В ре­зуль­та­те, фо­тон­ные си­сте­мы (в срав­не­нии с "элек­трон­ны­ми") не под­вер­же­ны внеш­ним элек­тро­маг­нит­ным по­лям, об­ла­да­ют го­раз­до боль­шей даль­но­стью пе­ре­да­чи и ши­ри­ной по­ло­сы про­пус­ка­ния сиг­на­ла.

Эти, и мно­гие дру­гие пре­иму­ще­ства уже ре­а­ли­зо­ван­ные на ба­зе фо­то­ни­ки в сфе­ре те­ле­ком­му­ни­ка­ций, да­ют пра­во го­во­рит о воз­ник­но­ве­нии но­во­го на­прав­ле­ния – ра­дио­фо­то­ни­ке, воз­ник­шей из сли­я­ния ра­дио­элек­тро­ни­ки, ин­те­граль­ной и вол­но­вой оп­ти­ки, СВЧ опто­элек­тро­ни­ки и ря­да дру­гих от­рас­лей на­у­ки и про­мыш­лен­но­го про­из­вод­ства.

Дру­ги­ми сло­ва­ми, под ра­дио­фо­то­ни­кой (microwave photonics) мы бу­дем по­ни­мать, объ­еди­ня­ю­щий об­шир­ный ком­плекс об­ла­стей на­у­ки и тех­ни­ки, свя­зан­ных глав­ным об­ра­зом с про­бле­ма­ми пе­ре­да­чи, при­ё­ма и пре­об­ра­зо­ва­ния сиг­на­ла с по­мо­щью элек­тро­маг­нит­ных волн СВЧ диа­па­зо­на и фо­тон­ных при­бо­ров и си­стем.

II. Радиофотоника - это просто!

2. .
3. Скачать архив с презентацией и стенограммой доклада .

III. Основы радиофотоники

1. Новое направление фотоники - сверхвысокочастотная оптоэлектроника. М.Е. Белкин, А.С. Сигов. // Радиотехника и электроника, том 54, №8, с.901-914. 2009 г. // .
2. Основы микроволновой фотоники. Винсент Джю Урик-мл., Джейсон Д. МакКинни, Кейт Дж. Вильямс. // Москва. Техносфера. 2016 г. // .

IV. Фотонные и радиофотонные компоненты, устройства и системы

Лазеры

1. Принципы лазеров. 4-е изд. О. Звелто. // СПб. Лань. 2008 г. // .

Оптоэлектронные генераторы

1. Оптоэлектронный генератор - первое устройство СВЧ-оптоэлектроники. М.Е. Белкин, А.В. Лопарев. // Электроника: Наука, технология, бизнес №6. 2010 г. // .
2. Перестраиваемый спин-волновой оптоэлектронной сверхвысокочастотной генератор. А.Б. Устинов, А.А. Никитин, Б.А. Калиникос. // Всероссийская конференция «Электроника и микроэлектроника СВЧ». 2015 г. // .

Электрооптические модуляторы

1. Электрооптические материалы на основе тонких пленок молекулярных кристаллов - преимущества и перспективы использования. И.Ю. Денисюк, Ю.Э. Бурункова, Т.В. Смирнова. // Оптический журнал, т. 74, с. 63-69. 2007 г. // .
2. Низковольтовый электрооптический модулятор на базе молекулярных тонкопленочных кристаллов DAST. И.Ю. Денисюк, Ю.Э. Бурункова. // CriMiCo. 2007 г. // .
3. Интегральные электро-оптические модуляторы Маха-Цандера и другая пассивная компонентная база радифотоники. А.А. Белоусов, Ю.Н. Вольхин, А.В. Гамиловская, А.А. Дубровская, Т.В. Смирнова. // Российская научно-практическая конференция «Разработка и производство отечественной электронной компонентной базы» («Компонент–2014»). 2014 г. // Скачать архив с презентацией и стенограммой доклада .
4. Электрооптический модулятор по схеме интерферометра Маха-Цандера. В.М. Афанасьев. // Прикладная фотоника. Т3. №4. 2016 г. // .

Радиофотонные АЦП и аналоговые процессоры

1. Analog-to-Digital Converter Survey and Analysis. Robert H. Walden. // IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS, VOL. 17, NO. 4, APRIL. 1999 г. // .
2. Перспективы реализации АЦП с использованием методов микроволновой фотоники. Ю.Н. Вольхин.// Научный семинар «Современные проблемы радиофизики и радиотехники» 29.01.2011. 2015 г. // Скачать архив с презентацией и стенограммой доклада .
3. Обзор возможных способов реализации радиофотонных АЦП. Е.В. Тихонов, Ю.Н. Вольхин.// V общероссийская научно-техническая конференция «Обмен опытом в области создания сверхширокополосных радиоэлектронных систем» (СВЧ-2014). 2014 г. // .
4. Обзор и исследование возможных вариантов реализация сверхширокополосных аналоговых процессоров диапазона СВЧ с использованием методов и средств радиофотоники. А.В. Гамиловская, А.А. Белоусов, Е.В. Тихонов, А.А. Дубровская, Ю.Н. Вольхин.// Электронная техника. Серия 2: Полупроводниковые приборы. №5 (239). С. 4-11. 2015 г. // .

Радиолокация. АФАР

1. К реализации технологий радиофотоники в АФАР радиолокационных комплексов. М.Б. Митяшев. // Вестник СибГУТИ. № 2. 2015 г. // .
2. Концепция построения радиолокационной станции на основе элементов радиофотоники. А.В. Шумов, С.И. Нефедов, А.Р. Бикметов. // Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. № 05. С. 41–65. 2016 г. // .
3. О перспективах использования методов и средств микроволновой фотоники в сверхширокополосной радиолокации и сверхширокополосной радиосвязи. Ю.Н. Вольхин, А.М. Мандрик, Ю.И. Носов. // Научный семинар «Современные проблемы радиофизики и радиотехники». 27.11.2010 г. // Скачать архив с презентацией и стенограммой доклада .

Радиофотонные тракты и аналоговые ВОЛС СВЧ

1. Аналоговые ВОЛС СВЧ с положительными коэффициентами передачи. Ю.Н. Вольхин, Т.А. Гомзикова. // IV общероссийская научно-техническая конференция «Обмен опытом в области создания сверхширокополосных радиоэлектронных систем» (СВЧ-2012). 2012 г. // Скачать архив с презентацией и стенограммой доклада .
2. О возможности реализации сверхширокополосных аналоговых радиофотонных трактов диапазона СВЧ с положительными коэффициентами передачи. Ю.Н. Вольхин, А.В. Гамиловская. // XVIII координационный научно-технический семинар по СВЧ технике: материалы. Нижегородская область, п. Хахалы. 2013 г. // .
3. Аналоговые ВОЛС СВЧ с положительными коэффициентами передачи. Ю.Н. Вольхин, А.В. Гамиловская. // XXXX Научный семинар «Современные проблемы радиофизики и радиотехники» 27.04.2013 г. // Скачать архив с презентацией и стенограммой доклада .
4. Сверхширокополосный многофункциональный радиофотонный приёмный тракт для аналоговой обработки сигналов дециметрового, сантиметрового и миллиметрового диапазонов длин волн. А.А. Белоусов, Ю.Н. Вольхин, А.В. Гамиловская, А.А. Дубровская, Е.В. Тихоно. // Всероссийская конференция «Электроника и микроэлектроника СВЧ» 2015 г. // .
5. Радиофотонный приемный канал СВЧ диапазона с оптическим гетеродинированием. С.Ф. Боев, В.В. Валуев, В.В. Кулагин, В.А. Черепенин. // Журнал Радиоэлектроники №2, 2015 г. // .

Волоконные решётки

1. Волоконные решетки показателя преломления и их применение. С.А. Васильев, О.И. Медведков, А.С. Божков. // Квантовая электроника, 35, №12. 2005 г. // .

Линии задержки

1. Волоконно-оптические линии задержки. В.А. Кузнецов, В.Н. Цуканов, М.Я. Яковлев. // ??????????. ???? г. // .

Оптические волноводы

1. Планарные и волоконные оптические волноводы. Х-Г Унгер. // Москва. МИР. 1980 г. // .
2. Специальные волоконные световоды. Учебное пособие. Д.Б. Шумкова. // Пермь. ПНИПУ. 2011 г. // .
3. Теория оптических волноводов. А. Снайдер, Дж. Лав. // Москва. Радио и связь. 1987 г. // .
4. Введение в теорию оптических волноводов. М. Адамс. // Москва. МИР. 1984 г. // .
5. Волноводная фотоника. Учебное пособие. Н.В. Никоноров, С.М. Шандаров. // Санкт-Петербург. ИТМО. 2008 г. // .
6. Волноводные линии передачи. И.Е. Ефимов, Г.А. Шермина. // Москва. Связь. 1979 г. // .
7. Оптические солитоны. От световодов к фотонным кристаллам. Ю.С. Кившарь, Г.П. Агравал. // Москва. ФизМатЛит. 2005 г. // .

V. Моделирование и расчет параметров фотонных и радиофотонных систем.

Моделирование. Численные методы. САПР.

1. Вычислительная фотоника. Е.Д. Ка. // ??????????, ???? г. // .
2. Численное моделирование электрооптического модулятора на основе микрорезанотора Фабри-Перо для СВЧ-оптического приемника. А.К. Агаронян, О.В. Багдасарян, Т.М. Князян. // Изв. НАН РА и ГИУА. Сер. ТН., т. LXIV, №3. 2011 г. // .

VI. Измерение параметров фотонных и радиофотонных систем

Измерения. Метрология

1. Методы измерений в волоконной оптике. Учебное пособие. А.И. Цаплин, М.Е. Лихачев. // Пермь. ПНИПУ. 2011 г. // .
2. Рефлектометрия оптических волокон. А.В. Листвин, В.Н. Листвин. // Москва. ЛЕСАРарт. 2005 г. // .

VII. Основы фотоники, оптоэлектроники, волоконной и интегральной оптики, волоконной техники, цифровых волоконно-оптических линий связи и передачи (ВОЛС, ВОЛП)

Фотоника и нанофотоника

1. Нанофотоника и её применение. Д.Ф. Зайцев. // Москва. Актеон. 2011 г. // .
2. Elements of photonics. Volume I. In Free Space and Special Media. Keigo Iizuka. // John Wiley & Sons, Inc. 2002 г. // .
3. Fundamentals of photonics. Bahaa E.A. Saleh, Malvin carl Teichh. // John Wiley & Sons, Inc. 1991 г. // .

Оптоэлектроника

1. Оптоэлектроника. Е.Д. Карих. // Минск. БГУ. 2002 г. // .
2. Оптоэлектроника в вопросах и ответах. С. Гонда, Д. Сэко. // Ленинград. Энергоатомиздат. 1989 г. // .

Волоконная и интегральная оптика

1. Волоконная оптика: сорок лет спустя. Е.М. Дианов. // Квантовая электроника, 40, №1. 2010 г. // .
2. An introduction to fiber optic system. second editon. John Powers. // Mc-Graw - Hill. 1996 г. // .
3. Нелинейная волоконная оптика. Г. Агравал. // Москва. МИР. 1996 г. // .
4. Техническое руководство по волоконной оптике. 2-е издание. Дональд Дж. Стерлинг. 1998 г. // Москва. Лори. 1998 г. // .
5. Материалы и технологии интегральной и волоконной оптики. Учебное пособие. А.И. Игнатьев, С.С. Киселев, Н.В. Никаноров, А.И. Сидоров, А.С. Рохман. //
6. Материалы и технологии интегральной оптики. Учебное пособие. Н.В. Никаноров, А.И. Сидоров. // Санкт-Петербург. ИТМО. 2009 г. // .
7. Оптика и Лазеры, включая волоконную оптику и оптические волноводы. Матт Янг. // Москва. МИР. 2005 г. // .

Волоконная техника и цифровые волоконно-оптические линии связи и передачи (ВОЛС, ВОЛП)

1. Волоконно-оптическая техника: современное состояние и перспективы. 2-е издание. Под ред. С.А. Дмитриева, Н.Н. Слепова. // Москва. Волоконно-оптическая техника. 2005 г. // .
2. Волоконно-оптическая техника. Практическое руководство. В.Н. Цуканов, М.Я. Яковлев. // Москва. Инфра-инженерия. 2014 г. // .

VIII. Основы электроники и полупроводниковой схемотехники

1. Карманный справочник по электронике. М. Тули. // Москва. Энергоатомиздат. 1993 г. // .
2. Искусство схемотехники. 4-е изд. П. Хоровиц, У. Хилл. // Москва. МИР. 1993 г. // .
3. Полупроводниковая схематехника. 12-е изд. У. Титце, К. Шенк. // Москва. ДМК. 2008 г. // .