1 Волоконная оптика: сорок лет спустя Е.М. Дианов Научный центр волоконной оптики РАН, Москва, , ул. Вавилова, 38. тел ,

2 Содержание 1. Вступление 2. Основные применения волоконных световодов и состояние дел: волоконно-оптическая связь волоконные лазеры волоконные датчики 3. Волоконные световоды на основе фотонных кристаллов – новый прорыв в волоконной оптике 4. Состояние дел в России 5. Надо ли в России развивать волоконную оптику? (вместо заключения)

3 Наиболее важные начальные достижения современной волоконной оптики 1966 г. – возможность создания стеклянных волоконных световодов с потерями < 20 дБ/км для передачи информации (Чарльз Као) 1970 г. – волоконные световоды с потерями 20 дБ/км, =0.63 мкм (Corning glass) 1980 г. – первые коммерческие волоконно-оптические системы связи - скорость передачи информации – 45 МБит/с - спектральная область мкм 1988 г. – подводная трансатлантическая волоконно-оптическая система связи (ТАТ-8) 1989 г. – волоконно-оптические усилители (EDFA) 1994 г. – спектральное уплотнение каналов (WDM) (возможность скорости передачи Тбит/с-Пбит/с)

4 Трансокеанские линии волоконно-оптической связи R.C. Alferness, Optical Communications – A View into the Future, European Conference on Optical Communications, Brussels, Sept. 2008

5 Световод в каждый дом 5

6 Состояние дел в мире в области волоконно- оптической связи Скорость передачи информации (по одному волоконному световоду) коммерческие системы 1-2 Тбит/c экспериментальные системы до 25 Тбит/c Волоконный световод приходит в каждый дом, обеспечивая населению широкополосный доступ (10Гбит/c) к интернету и другим источникам информации В 2015 году 5 миллиардов людей будут постоянно связаны через телекоммуникационные сети Земной шар (океаны и континенты) покрыт сетью волоконных световодов с общей длиной 1000 млн. км г. – эта цифра удвоится

7 Экономика, инфраструктура государственного управления, образование, безопасность требуют создания нового поколения волоконно-оптических систем связи: Тбит/с по волоконному световоду Тбит/с по волоконному световоду Меньшее потребление энергиии и более низкая стоимость Меньшее потребление энергиии и более низкая стоимость Интернет потребляет больше энергииии, чем вся авиация в мире, за счет преобразования оптика-электроника-оптика в сетях связи Интернет потребляет больше энергииии, чем вся авиация в мире, за счет преобразования оптика-электроника-оптика в сетях связи Решение: 1. Целиком оптическая обработка сигналов 2. Интеграция оптических и электронных схем на одной подложке (Si) Новые оптические материалы: нелинейные волоконные световоды и планарные световоды, кремний ЕСОС08, Брюссель, сентябрь 2008 г. ЕСОС08, Брюссель, сентябрь 2008 г.

8 Прогноз развития волоконно-оптической связи до 2025 г.

9 Длины волн генерации в световодах, легированных висмутом при различной накачке накачка генерация I.A.Bufetov, E.M.Dianov, Laser Physics Lett., v6, , 2009

10 Волоконные лазеры 1 к Вт Преимущества: эффективность (более 30%) качество пучка надежность и простота в эксплуатации размеры и вес -> мобильность лазеров лазерные диоды: долгоживущие с высокой яркостью рынок волоконных лазеров в 2007 году долларов США ожидается удвоение рынка в 2011 году

11 Зависимость максимальной выходной мощности непрерывных волоконных лазеров от времени за последнее десятилетие

12 Волоконно-оптические нервные системы

13 r n n Микроструктури- рованные волоконные световоды

14 Механизмы распространения света r n n Стандартные световоды: Полное внутреннее отражение r n 1D-структура (Брэгговские световоды) 2D-структура Световоды на основе запрещенной зоны:

15 Световоды на основе запрещенной зоны с воздушной сердцевиной Получение низких потерь в световодах с воздушной сердцевиной [B.J.Mangan, T.A.Birks et al, Low loss (1.7 dB/km) hollow core photonuc bandgap fiber, OFC2004, PDP24 ]

16 Mid-IR Super-Continuum Generation M. Islam, C. Xia, M. Freeman, J. Mauricio, A.Zakel, K. Ke, Z. Xu, F. Terry, Jr. Proc. of SPIE Vol. 7195

17 Состояние дел в России нет широкого понимания в России ключевой роли волоконно-оптической связи в развитии современного общества нет серьезного государственного заказчика нет промышленного производства волоконных световодов нет промышленного производства лазерных диодов с параметрами мирового класса нет разработок и промышленного производства современного телекоммуникационного оборудования

г. NTT Communications – Транстелеком Хоккайдо – Сахалин, 570 км, 640 Гбит/с 2008 г. KDDI – Ростелеком Джоетсу – Находка, 900 км, 640 Гбит/с Alcatel – Lucent, ECI Telecom, PGT Photonics, Nortel – поставки телекоммуникационного оборудования российским компаниям Russian Telecom Newsletters, 2008 Совместные проекты с зарубежными компаниями

США Прокладка волоконных световодов (в млн.км/год)

20 Благоприятные условия для развития волоконной оптики в России Высокий уровень фундаментальных и прикладных исследований, хорошо отработанная лабораторная технология волоконных световодов и высококвалифицированные кадры в институтах РАН Современный уровень производства волоконных кабелей Высокий уровень в области лазерной техники Ряд ВУЗов готовят специалистов по волоконной оптике, лазерной физике, информатике Реальные потребности государственных и частных предприятий в применении ВО

21 Затраты разных стран на исследования и разработки в % от ВВП РФ Nature, 2008 ( >3%, Обама, )

22 Нужно ли в России развивать волоконную оптику ?