ГОСТ Р 58568-2019 Оптика и фотоника. Фотоника. Термины и определения

ГОСТ Р 58568-2019

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Оптика и фотоника

ФОТОНИКА

Термины и определения

Optics and photonics. Photonics. Terms and definitions

ОКС 07.030

Дата введения 2020-09-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием "Научно-исследовательский институт физической оптики, оптики лазеров и информационных оптических систем Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им.С.И.Вавилова" (ФГУП "НИИФООЛИОС ВНЦ "ГОИ им.С.И.Вавилова")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 296 "Оптика и фотоника"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 сентября 2019 г. N 822-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

Введение

Установленные настоящим стандартом термины расположены в систематизированном порядке, отражающем систему понятий в области фотоники.

Для каждого понятия установлен один стандартизованный термин. Для стандартизованных терминов 2.3.3.5, 2.14.6.4 и 2.14.18 приведены в качестве справочных их краткие формы, которые разрешается применять в случаях, исключающих возможность их различного толкования.

Установленные определения допускается при необходимости изменять, вводя в них производные признаки, раскрывая значения используемых в них терминов, указывая объекты, относящиеся к определенному понятию. Изменения не должны нарушать объема и содержания понятий, определенных в настоящем стандарте.

Стандартизованные термины набраны полужирным шрифтом, их краткие формы, в том числе представленные аббревиатурой, и/или общепринятые условные обозначения - светлым.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает основополагающие термины и определения в отношении фотоники как отрасли экономики, включая научные исследования, разработку, производство, технологии и использование продукции. Цель настоящего стандарта - предоставление согласованной общей терминологии, которая уменьшит двусмысленность и непонимание и тем самым будет способствовать развитию сферы фотоники.

2 Термины и определения

2.1 Фотоника

2.1.1 фотоника: Область науки и техники, занимающаяся фундаментальными и прикладными исследованиями оптического излучения, а также созданием на их базе устройств различного назначения.

2.2 Излучения оптические

2.2.1

2.2.2

2.2.3

2.2.4

Примечание - Для 2.2.1-2.2.4 допустимы иные границы диапазонов в зависимости от прикладных задач и практического использования приборов.

2.3 Разделы фотоники и смежные разделы науки и техники

2.3.1 квантовая электроника: Раздел фотоники, связанный с изучением и практическим применением методов усиления и генерации электромагнитного излучения, основанных на использовании явления вынужденного излучения в неравновесных квантовых системах.

2.3.2 Нанофотоника

2.3.2.1 нанофотоника: Раздел фотоники, связанный с изучением и практическим применением физических явлений, возникающих при взаимодействии фотонов с объектами нанометровых размеров, в т.ч. с созданием устройств, в которых для генерации или поглощения света используют наноструктуры.

2.3.2.2

2.3.2.3

2.3.2.3.1 квантовая проволока: Объект нитеобразной формы с поперечными размерами, удовлетворяющими условию размерного квантования. Потенциальная энергия электрона в таком объекте ниже, чем за его пределами, и за счет малых поперечных размеров (как правило, 1-10 нм) движение электрона ограничено в двух измерениях.

Примечание - Движение вдоль оси нити остается свободным, в то время как движение в других направлениях квантуется, и его энергия может принимать лишь дискретные значения.

2.3.2.3.2

2.3.2.3.3 квантовая яма: Тонкий плоский слой полупроводникового материала (как правило, толщиной 1-10 нм), внутри которого потенциальная энергия электрона ниже, чем за его пределами, таким образом, движение электрона ограничено в одном измерении.

Примечание - Движение в направлении, перпендикулярном к плоскости квантовой ямы, квантуется, и его энергия может принимать лишь некоторые дискретные значения, называемые уровнями размерного квантования.

2.3.2.3.4 квантовые кристаллы: Кристаллы, характеризующиеся большой амплитудой нулевых колебаний атомов (колебаний вблизи Т=0 К), сравнимой с кратчайшим межатомным расстоянием, вследствие чего они обладают необычными физическими свойствами, объяснимыми только в рамках квантовой теории.

Примечание - Из известных на Земле веществ только изотопы гелия 3He и 4Не при давлениях свыше 3·10 Па образуют квантовые кристаллы. Квантовые эффекты наблюдаются также у кристаллов Ne и в меньшей степени у кристаллов др. инертных газов. В недрах нейтронных звезд, возможно, существуют квантовые кристаллы, состоящие из нейтронов.

2.3.2.4 лазерный пинцет: Устройство для удержания нано- и микрочастиц вблизи фокуса специально сформированного лазерного луча, использующееся для целенаправленного перемещения таких частиц.

2.3.2.5 поляритон: Составная квазичастица, возникающая при взаимодействии фотонов и элементарных возбуждений среды.

2.3.2.6 плазмон: Квазичастица, отвечающая квантованию плазменных колебаний, которые представляют собой коллективные колебания плотности заряда свободного электронного газа.

2.3.2.6.1 плазмонный резонанс: Возбуждение поверхностного плазмона на его резонансной частоте внешней электромагнитной волной (в случае наноразмерных металлических структур называется локализованным плазмонным резонансом).

2.3.2.7 нанолазер: Устройство, генерирующее или усиливающее поверхностные плазмоны.

2.3.3 Биофотоника

2.3.3.1 биофотоника: Раздел фотоники, связанный с изучением и практическим использованием взаимодействия фотонов с биологическими объектами; сюда же обычно относят биомедицинские использования лазерного излучения.

2.3.3.2 оптогенетика: Новая область нейробиологии, объединяющая оптические и генетические методы исследования нейронных связей (реакций, цепей) у интактных млекопитающих и других животных на высоких скоростях (единицей измерения являются миллисекунды), что необходимо для понимания процессов обработки информации мозгом.

2.3.3.3 лазерная биостимуляция: Активизация естественных физиологических процессов в биологических тканях под воздействием лазерного излучения.

2.3.3.4 фотосенсибилизатор: Природное или искусственно синтезированное вещество, способное поглощать свет и индуцировать химические реакции, которые в его отсутствие не происходят.

2.3.3.5 фотодинамическая терапия; ФДТ: Метод терапии злокачественных опухолей, основанный на введении в организм фотосенсибилизаторов, локализующихся преимущественно в опухоли, и воздействии света с определенной длиной волны.

Примечание - Под действием света продуцируются цитотоксические агенты, прежде всего, синглетный кислород.

2.3.4 Оптическая сенсорика

2.3.4.1 оптическая сенсорика: Раздел фотоники, связанный с разработкой принципов, методов и устройств диагностики с использованием оптического излучения.

2.3.4.2 волоконно-оптическая сенсорика: Раздел оптической сенсорики, целью которого является разработка новых принципов и методов диагностики с использованием волоконно-оптических компонентов.

2.3.5 Оптоэлектроника (фотоэлектроника)

2.3.5.1 оптоэлектроника (фотоэлектроника): Область науки и техники, изучающая эффекты взаимодействия между электромагнитными волнами оптического диапазона и электронами вещества и охватывающая проблемы создания оптоэлектронных приборов, в которых эти эффекты используются для получения, обработки, передачи, хранения и отображения информации.

2.3.6 кремниевая фотоника: Раздел фотоники, в рамках которой исследуются возможности создания фотонных интегральных схем на одном кристалле кремния.

2.3.7 Оптическая информатика (оптоинформатика)

2.3.7.1 оптическая информатика (оптоинформатика): Раздел фотоники, связанный с созданием технологий передачи, приема, обработки, хранения и отображения информации с помощью потока фотонов.

2.3.7.2 радиофотоника: Раздел оптоинформатики, решающий проблемы обработки СВЧ-сигналов с помощью оптических процессов, а также проблемы передачи, приема и обработки информации путем совместного использования электромагнитных волн оптического и СВЧ-диапазонов и построения на такой основе специфических элементов, приборов и систем.

2.3.7.3 оптическая связь: Способ передачи информации, использующий в качестве носителя информационного сигнала электромагнитное излучение оптического диапазона.

2.3.7.4 квантовые коммуникации: Раздел оптической связи, связанный с изучением и практическим применением методов передачи информации фотонами, находящимися в неклассических (квантовых) состояниях.

2.3.7.5 лазерные информационные системы: Информационные системы, в которых для переноса и/или обработки информации используется лазерное излучение.

2.3.7.6 бюджет мощности оптической системы связи: Разность между отношением сигнал - шум на приемнике оптической системы связи (в дБ) и требуемым для ее работы отношением сигнал - шум (в дБ).

2.3.7.7 интрадинный прием сигнала: Детектирование оптического сигнала в когерентных сетях связи, заключающееся в смешивании сигнала с опорным излучением, при условии, что несущая частота опорного излучения отличается от несущей частоты сигнала на величину, меньшую полосы сигнала.

2.3.7.8 дисперсия волоконно-оптической линии связи: Различие временных задержек компонентов оптического сигнала в волоконно-оптической линии связи, обусловленное различием их групповых скоростей, вызывающее искажение формы и длительности информационных сигналов.

2.3.7.9 квантовая криптография: Система защиты передаваемой по сети оптической связи информации, в которой используются квантовые свойства частиц, находящихся в неклассических состояниях.

2.3.7.10 когерентное детектирование: Принцип детектирования оптических сигналов, заключающийся в том, что оптический сигнал смешивается с опорным излучением (ОИ) и суммарное излучение поступает на несколько фотодиодов, преобразующих его в электрический сигнал биений.

Примечание - Для получения полной информации об оптическом сигнале необходимо использовать четыре канала: по два канала для каждой из двух ортогональных поляризаций.

2.3.7.11 когерентные системы связи: Системы связи, использующие когерентное детектирование.

2.3.7.12 когерентный оптический приемник с цифровой обработкой сигналов: Когерентный оптический приемник, в котором амплитудная и фазовая информация, переносимая оптическим сигналом, преобразуется в электрическую форму, оцифровывается и обрабатывается для компенсации рассинхронизации частот и фаз источника опорного излучения и несущей оптического сигнала, для компенсации хроматической и поляризационной модовой дисперсии, для синхронизации и фазовой диверсификации, а также для декодирования цифровой информации.

2.3.7.13 компенсация дисперсии: Восстановление формы и длительности информационных сигналов путем компенсации задержек компонент оптического сигнала в волоконно-оптической линии связи с дисперсией.

2.3.7.14 электронная компенсация дисперсии: Компенсация дисперсии, осуществляемая в приемнике путем обработки детектированного электрического сигнала.

Примечание - Электронная компенсация дисперсии особенно эффективна в приемниках когерентных систем связи с цифровой обработкой сигналов.

2.3.7.15 технология Li-Fi: Беспроводная система передачи информации, закодированной в модуляции излучения светодиодов, параллельно используемых для освещения.

2.3.7.16 оптическая пакетная коммутация: Технология оптической передачи информации путем деления ее на части небольшого размера (так называемые пакеты), которые передаются в сети независимо друг от друга и содержат заголовки, в соответствии с которыми расположенные в узлах сети коммутаторы перенаправляют пакеты либо на клиентское оборудование, либо на другой промежуточный узел.

2.3.7.17 оптическая коммутация всплесков данных: Технология оптической передачи информации путем деления ее на части, так называемые всплески или большие пакеты, которые передаются в сети независимо друг от друга, причем для коммутации всплесков данных узлами сети независимо от них передается управляющая информация по резервным оптическим каналам.

2.3.7.18 формат модуляции: Совокупность модулируемых параметров и их значений, полностью определяющих значения символов в цифровых системах связи.

2.3.8 метрологическое обеспечение фотоники: Установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений применительно к фотонике.

2.4 Фотоэнергетика

2.4.1 фотоэнергетика: Отрасль энергетики, связанная с получением электроэнергии фотоэлектрическим методом.

2.4.2 солнечная энергетика: Направление альтернативной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде.

Примечание - Различают солнечную термальную энергетику и солнечную фотоэнергетику.

2.5 Фотовольтаика

2.5.1 фотовольтаика: Раздел физики и техники, связанный с созданием технологического оборудования для получения электрической энергии с помощью специальных полупроводниковых элементов - солнечных батарей, путем фотоэлектрического преобразования селективно поглощаемого солнечного излучения.

2.6 Фотометрия

2.6.1

2.7 Оптическая спектроскопия

2.7.1 оптическая спектроскопия: Раздел физики, занимающийся изучением законов взаимодействия оптического излучения с веществом, сопровождающегося процессом поглощения, излучения и рассеяния света.

2.8 Оптотехника

2.8.1 оптотехника: Область науки и техники, направленная на исследование, создание и применение оптических приборов и технологий.

2.9 Инфракрасная техника

2.9.1 инфракрасная техника: Область прикладной физики и техники, включающая разработку и применение в научных исследованиях, на производстве и в военном деле приборов, действие которых основано на использовании инфракрасного излучения и его физических свойств.

2.10 Ультрафиолетовая техника

2.10.1 ультрафиолетовая техника: Область прикладной физики и техники, включающая разработку и применение в научных исследованиях, на производстве и в военном деле приборов, действие которых основано на использовании ультрафиолетового излучения и его физических свойств.

2.11 Светотехника

2.11.1 светотехника: Область науки и техники, предметом которой являются исследование принципов и разработка способов генерирования, пространственного перераспределения и измерения характеристик оптического излучения, а также преобразование его энергии в другие виды энергии и использование в различных целях.

Примечание - Включает в себя разработку источников излучения и систем управления ими, осветительных, облучательных и светосигнальных приборов, устройств и установок.

2.11.2 светодиодные технологии: Направление светотехники, которое базируется на использовании светоизлучающих диодов для освещения, индикации и представления информации.

2.12 Электрооптика

2.12.1 электрооптика: Раздел физики и техники, связанный с изучением и практическим применением влияния электрического поля на оптические свойства вещества.

2.13 Технологии фотоники

2.13.1 лазерно-оптические технологии: Оптические технологии, для реализации которых используется лазерное излучение.

2.13.2 лазерные технологии: Технологии лазерной обработки материалов (резка, сварка, наплавка, скрайбирование и др.).

2.13.3 гибридные лазерные технологии: Одновременное использование двух и более агентов воздействия - лазерно-дуговая сварка, лазерно-кислородная резка, химико-термическое модифицирование поверхности при лазерном локальном нагреве и др.

2.13.4 абляционная лазерная резка: Метод резки путем удаления под воздействием лазерных импульсов вещества с поверхности материалов без расплавления этой поверхности.

2.13.5 терагерцовые технологии: Технологии, при реализации которых используется электромагнитное излучение терагерцового диапазона (диапазон длин волн от 3 до 0,03 мм).

2.13.6 инфракрасные технологии: Технологии, при реализации которых используется электромагнитное излучение инфракрасного диапазона (диапазон длин волн от 780 нм до 1 мм).

2.14 Продукция фотоники и смежных областей

2.14.1 продукция фотоники (фотонные устройства): Приборы и системы, для которых базовым процессом является передача энергий или информации потоком фотонов.

2.14.2 Фотонный кристалл

2.14.2.1 фотонный кристалл: Материал, структура которого характеризуется периодическим изменением показателя преломления в одном, двух или трех пространственных направлениях.

2.14.2.2 фотонно-кристаллическая гетероструктура: Материал, структура которого характеризуется периодическим изменением показателя преломления в одном, двух или трех пространственных направлениях.

2.14.2.3 фотонный планарный кристалл: Двумерный фотонный кристалл на основе планарного оптического волновода, структура которого характеризуется периодическим изменением показателя преломления в двух направлениях в плоскости волновода.

2.14.2.4 фотонные запрещенные зоны: Области частот фотонов, которые не могут распространяться внутри фотонного кристалла.

2.14.3 квантово-оптические системы: Функциональные системы, в которых используются квантовые свойства света.

2.14.4 оптико-электронные системы: Системы, в которых информация об исследуемом или наблюдаемом объекте переносится оптическим излучением или содержится в оптическом сигнале, а ее первичная обработка сопровождается преобразованием энергии излучения в электрическую энергию.

2.14.5 оптико-электронный прибор: Прибор, в котором информация об исследуемом или наблюдаемом объекте переносится оптическим излучением или содержится в оптическом сигнале, а ее первичная обработка сопровождается преобразованием энергии излучения в электрическую энергию.

2.14.6 Лазерная техника

2.14.6.1 лазерная техника: Технические устройства любого назначения, базовыми элементами которых являются лазерные устройства и/или компоненты.

2.14.6.2

2.14.6.3 волоконный лазер: Лазер, активная среда и резонатор которого являются элементами оптического волокна.

Примечание - Оптическая накачка активной среды волоконного лазера осуществляется, как правило, излучением диодных лазеров.

2.14.6.4 лазер с вертикальным резонатором; VCSEL: Инжекционный полупроводниковый лазер, зеркала резонатора которого, выполненные в виде одномерного фотонного кристалла, расположены над и под активной областью из квантоворазмерных гетероструктур.

Примечание - Викселоника - направление фотоники, связанное с использованием вертикально излучающих лазеров (VCSEL) в фотонных устройствах и системах.

2.14.6.5 лазер с распределенной обратной связью: Инжекционный полупроводниковый лазер, обратная связь в котором создается за счет отражения световых волн от периодической решетки, создаваемой в активной среде или в волноводе.

2.14.6.6 лазерная керамика: Прозрачная керамика, легированная квантовыми частицами, которые при наличии накачки переходят в активное (возбужденное) состояние и усиливают оптическое излучение определенного диапазона благодаря вынужденному излучению.

2.14.7 Диоды лазерные

2.14.7.1

2.14.7.2 диодный лазер (лазерный диод): Полупроводниковый лазер, усиление в котором создается при инжекции носителей заряда в область p-n-перехода.

2.14.7.3 линейка диодных лазеров: Линейная сборка нескольких плотно расположенных диодных лазеров, жестко скрепленных между собой, работающая как единый излучающий модуль.

2.14.7.4 матрица диодных лазеров: Матричная сборка диодных лазеров, жестко скрепленных между собой, работающая как единый излучающий модуль.

2.14.8 атомные оптические часы: Прибор для измерения времени, в котором в качестве периодического процесса используются собственные колебания, связанные с процессами, происходящими на уровне атомов или молекул, причем для удержания рабочих атомов используется лазерное охлаждение.

2.14.9 фотонный гироскоп: Собирательный термин для обозначения фотонных приборов, измеряющих угловую скорость по разности времен обхода вращающегося кольцевого интерферометра встречными световыми волнами (эффект Саньяка).

Примечание - Различными типами фотонных гироскопов являются лазерный гироскоп, волоконный гироскоп и волноводный гироскоп.

2.14.10 квантовый гироскоп: Собирательный термин для приборов квантовой электроники, служащих для обнаружения и определения величины и знака угловой скорости вращения или угла поворота относительно инерциальной системы отсчета.

Примечание - В основу действия квантовых гироскопов положены гироскопические свойства частиц или волн - атомных ядер, электронов, фотонов, фононов и т.д.

2.14.11 ладар: Лазерный локатор, в котором луч лазера используется для измерения скорости, высоты, направления и дальности; позволяет с сантиметровой точностью зарегистрировать трехмерный объект (рельеф, структуру) в привязке к глобальной навигационной системе.

2.14.12 лидар: Оптический локатор для дистанционного зондирования параметров атмосферы, обнаружения газовых примесей и аэрозолей.

2.14.13 оптопара (оптрон): Электронный прибор, состоящий из излучателя света (обычно - светодиод, в ранних изделиях - миниатюрная лампа накаливания) и фотоприемника (биполярных и полевых фототранзисторов, фотодиодов, фототиристоров, фоторезисторов), связанных оптическим каналом и, как правило, объединенных в общем корпусе.

2.14.14 светодиодный модуль: Устройство, используемое в качестве источника света, состоящее из одного или более светодиодов, установленных на общей плате с полным набором оптических, механических, теплоотводящих компонентов и устройств коммутации, но не содержащее устройств управления.

2.14.15 фотонная интегральная схема: Многокомпонентное фотонное устройство, изготовленное на плоской подложке и выполняющее функции обработки оптических сигналов.

2.14.16 генератор суперконтинуума: Источник когерентного электромагнитного излучения со сверхшироким (более одной октавы) спектром.

Примечание - Чаще всего для получения суперконтинуума используют волоконные лазеры.

2.14.17 техническое зрение (машинное зрение): Система получения, преобразования и анализа данных, поступающих с устройств получения и детектирования изображений, предназначенная для управления на основе этих данных действиями программно-управляемых технических устройств.

2.14.18 оптический носитель данных; ОНД: Компонент в семействе технологий автоматической идентификации (например, линейные символы штрихового кода, двумерные символы, машиносчитываемые формы с метками, знаки для оптического считывания), предназначенный для облучения источником оптического излучения и исследования отраженного излучения оптическим датчиком, преобразующим принимаемые отраженные оптические сигналы в электрические сигналы, группируемые заданным способом для их распознавания устройством считывания и последующего перевода в соответствующий машинный код.

2.14.19 метаматериал: Искусственный композитный структурированный материал, электромагнитные свойства которого существенно отличаются от свойств компонентов, входящих в его состав, и определяются особым упорядочением и структурой компонентов (кольцеподобной, рулонной, проводной и т.д.).

2.15 Элементная база фотоники

2.15.1 элементная база фотоники: Функциональные элементы или компоненты фотонных устройств.

Алфавитный указатель терминов

Электронный текст документа

и сверен по:

, 2019