Ulusal Nükleer Araştırma Üniversitesi MEPhI’den (UNAÜ MEPhI) bilim insanları, Rusya’nın bu alanın gelişimini hızlandıran önde gelen çalışmalarını Sputnik’e anlattı.
Fotonik, ışığın yayılma süreçleri, kaydı ve özelliklerinin değiştirilmesi ile ilgilenen bir bilim ve teknoloji dalı olup, fotonik temelli cihazlar yalnızca olağan optik iletişim ve lazer diskler değil, aynı zamanda diğer birçok gelecek vadeden cihazlardır. UNAÜ MEPhI Lazer ve Plazma Teknoloji (LaPlaz) Enstitüsü Lazer Fiziği Kürsüsü fotonik ve optik bilgi işleme laboratuvarında görevli bilimciler, 21. yüzyılın fotoniğin yüzyılı olduğundan emin.
Uzmanlara göre gelecek 10-20 yıl içinde fotonik hem eski teknik sistemlerin gelişiminde devrim, hem de temelden yeni sistemlerin ortaya çıkmasını sağlayacak. İlk sırada saniyede terabitler hızında herkese açık dijital iletişim, saniyede onlarca gigabit geçirme kapasitesi olan veri işleme sistemleri ve ayrıca hem iki boyutlu, hem de üç boyutlu, holografik gigapiksel ekranlar ortaya çıkacak.
Fotonik teknolojinin temel avantajları ışığın bilgilendirici özelliklerinden ibaret. UNAÜ MEPhI bilim insanlarının açıkladığı gibi optik sinyaller, radyo sinyallerinden binlerce kat daha yüksek doğal titreşim frekansına sahip, bu da parametrelerinin çok daha hızlı değiştirilebileceği anlamına geliyor. Bu nedenle ışık sinyali tarafından iletilen frekans aralığı son derece geniştir, örneğin tek bir optik kanal üzerinden tüm radyo bantlarının sinyali aynı anda iletilebiliyor.
UNAÜ MEPhI’den Prof. Rostislav Starikov, “Işık iletilirken verileri temsil eden iki ve üç boyutlu uzamsal dağılımlar oluşturmak mümkün, oysa iletkenden geçen elektrik sinyali tek boyutludur. Bu nedenle fotonik sistemler, diğer her şey sabitken, bugün tarafımızca kullanılan elektronik öncüllerinden birkaç kat daha yüksek hız ve enerji verimliliğine sahip olabilir” açıklamasında bulundu.
Işık sinyalini oluşturma teknolojileri daha şimdiden holografik videonun kaydedilmesine ve oynatılmasına izin veriyor. Ancak UNAÜ MEPhI bilim insanlarına göre bu tür sistemler hala çok pahalı ve kusurlu olup, kitlesel uygulamaları için bir takım problemlerin çözülmesi gerekiyor. Özellikle de hologramların hızlı oynatılması, ayrıca mevcut dijital iletişim ağları üzerinden iletilmesi ile ilgili sorunlar mevcut.
Dijital hologramlardan üç boyutlu videonun aktarımı ve hızlı oynatımının entelektüel yöntemleri, proje No. 20-79-00291 olarak Rusya Bilim Vakfı’nın desteğiyle UNAÜ MEPhI bünyesindeki Lazer Fiziği Kürsüsünde geliştiriliyor. Bilim insanları, bu alandaki çalışmaların ticari holografik 3 boyutlu video sistemlerini 2030'ların ortalarına doğru alışılagelmiş hale getireceğinden eminler.
Bu alandaki araştırmaların başındaki genç uzman, UNAÜ MEPhI’den Doç. Pavel Çeryomhin, “Dijital hologramların ikili gösterimi için, onların iletmeye daha uygun bir biçimde yeniden kodlanmasını mümkün kılan yeni bir yöntem, ayrıca analoglarından neredeyse iki kat üstün olan ve bunun yanı sıra son görüntülerde kabul edilebilir bir kalite kaybı seviyesi sağlayan yeni sıkıştırma yöntemleri önerdik ve başarıyla test ettik” diye konuştu.
Gelecek vaat eden bir diğer alansa, radyo sinyallerinin ışığın yardımıyla iletilmesi ve işlenmesi olasılıklarını inceleyen mikrodalga fotoniği veya radyo fotoniği. Bu tür sistemler arka fon ses bağışıklığı, gürültü ve ağırlık-boyut özellikleri açısından geleneksel radyo sistemlerinden çok daha üstün ve en önemlisi, 100 gigahertz’i aşan son derece geniş bir sinyal bandına sahipler.
Radyo fotonik sistemlerin mevcut deneysel modelleri, geleneksel elektronik cihazların ulaşamadığı sinyal işleme hızı ortaya koyuyor. Örneğin bu cihazlar, analogdan sayısala dönüşmeleri mevcut elektronik cihazlardan bin kat daha hızlı gerçekleştiriyor.
UNAÜ MEPhI bilim insanlarının belirttiği gibi şu anda hem dünyada, hem de Rusya’da muazzam bilgi saklama kapasitesine sahip olan fotonik radyo sinyal iletim hatları yaygın olarak uygulanıyor. Gelecekte, ışığın hem radyo sinyallerinin işlenmesi için (fotonik radarlarda), hem de (gelecekte) uzak mesafeden yüksek doğrulukla her türlü hedefi takip etmeyi sağlayacak fotoniğe dayalı aktif faz dizinli radarda kullanıldığı cihazların ortaya çıkması kaçınılmaz.
UNAÜ MEPhI bünyesindeki Lazer Fiziği Kürsüsünde Prof. Starikov önderliğinde, mikrodalga fotoniğinin analog-sayısal sistemleri alanında teorik ve deneysel araştırmalar başarılı bir şekilde yürütülüyor. Özellikle de bu yakınlarda optik bilgi işleme laboratuvarında görevli uzmanlar, radyo sinyallerinin santimetre bandında (S-band) analog-sayısal işlenmesi için bir fotonik sistem yarattı.
UNAÜ MEPhI uzmanları, diğer Rus kuruluşlarından bilim insanları ile birlikte bu aygıtın temelinde Rusya’da ilk, dünyada ise ilklerden biri olan ve saha testlerini başarıyla geçen mikrodalga fotonik unsurlu bir radyo teknik sistemi yarattı. Bilimcilere göre bu tür cihazlar, elektronik muadillerine göre çok daha hafif ve enerji açısından daha verimli.
Gelecekte uzamsal optik sinyalleri paralel olarak işleyerek kullanan optik-dijital sistemler, örneğin görüntülerin tanımlanmasında ya da bilgilerin kodlanmasında saniyede 100 gigabite kadar veri işleme hızı sağlayabilecek. UNAÜ MEPhI’de yürütülen iki boyutlu optik sinyallerin işlenmesi alanındaki araştırmalar, tutarlı lazer ve tutarsız radyasyon kullanan kırınımlı ve holografik sistemlerin yaratılmasına odaklanmış durumda.
Rostislav Starikov, “Ekibimiz, muazzam miktardaki bilginin hatasız ve kayıpsız olarak sunulmasını sağlayacak olan, belirlenmiş bilgilendirici ışık dağılımlarının yüksek hızda ve yüksek hassasiyette oluşturma yöntemlerini başarıyla geliştiriyor” açıklamasında bulundu.
Özellikle de şu anda UNAÜ MEPhI bünyesindeki Lazer Fiziği Kürsüsünde Prof. Nikolay Yevtihiyev önderliğinde, Rus Bilim Vakfı’nın 19-19-00498 no.lu projesi çerçevesinde bilgilerin kodlanması için tasarlanmış yeni bir tür optik-dijital kırınım sistemi geliştirilmekte. Yaratıcılara göre, saniyede onlarca gigabit seviyesinde bir çalışma hızı sağlayan ikili veri kodlama sistemi zaten oluşturulmuş ve test edilmiş durumda.
Kürsü uzmanları tarafından yapılan diğer araştırmalar, görsel imajları tanımak için yüksek hızlı akıllı sistemler oluşturmayı amaçlıyor. Bilim insanlarına göre şu anda, megapiksel görüntülerinin saniyede on bin karenin üzerinde bir hızda tanıma olanakları deneysel olarak gösterildi ve bu, elektronik analogların potansiyel yeteneklerinin yüzlerce kat üzerinde.