Международный конкурс инновационных проектов, ориентированных на партнерство государств и цивилизаций

Вид материала

Конкурс

Содержание 4.3. Учебный курс «Оптоинформатика» Содержание проекта Программа дисциплины «Оптоинформатика» Модуль 1. Оптические устройства обработки информации Модуль 5. Перспективы развития оптических информационных технологий Основная литература по дисциплине

Подобный материал:

• О IV цивилизационном форуме и Международном конкурсе инновационных проектов, 160.27kb.
• Конкурс инновационных проектов "У. М. Н. И. К.", 185.73kb.
• Одиннадцатый конкурс молодежных инновационных проектов технопарка мифи, 45.49kb.
• О I межрегиональном конкурсе инновационных проектов «На пути к инновациям» Общие положения, 141.27kb.
• Евразийский экономический форум молодежи 2010-2011 гг. Путь на север, 216.26kb.
• База данных инвестиционных и инновационных проектов предприятий Оренбургской области,, 423.18kb.
• Конкурс инициативных ориентированных фундаментальных исследований 2009 года: Междисциплинарные, 467.95kb.
• Конкурс проектов и программ «На пути к инновациям», 155.77kb.
• Положение о городском конкурсе инновационных проектов Общие положения, 89.45kb.
• Конкурс состоит из двух секций: конкурс студенческих идей и конкурс проектов на ранней, 131.18kb.

4.3. Учебный курс «Оптоинформатика»

Представляют проект:

Национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики; Глобальный инновационный интернет-университет: проф., д.ф.-м.н. В.Г. Беспалов.

Актуальность и конкурентные преимущества проекта

В последнее десятилетие традиционные информационные технологии, основанные на электронной технике, достигли некоторых физических и технических ограничений при продолжающемся росте потребительского спроса на скорость и объем передаваемой информации. Ключевым решением данной проблемы явилось объединение оптических и информационных технологий, и начало XXI в. характеризуется стремительным прогрессом в области разработки и внедрения оптоинформационных технологий.

Термин «Оптоинформатика» обозначает область науки и техники, связанной с исследованием, разработкой, созданием и использованием новых материалов, технологий, приборов и устройств, предназначенных для передачи, приема, обработки, хранения и отображения информации на основе оптических технологий с использованием материального носителя информации — светового фотона. Главный вектор оптоинформатики сориентирован на миниатюризацию и интеграцию оптических элементов, устройств и систем, создание полифункциональных оптических материалов, элементов и систем, перевод аналоговых оптических устройств в цифровые.

Одним из достижений оптоинформатики явилось создание компанией Lenslet (ссылка скрыта) в конце 2003 г. коммерческого оптического процессора Enlight256 с быстродействием, в 1000 раз превышающим электронные аналоги, и с рекордной производительностью в 8 трлн операций в секунду с 8-битовыми числами. Другим достижением явилась прокладка 3000-километровой волоконно-оптической солитонной линии связи между Пертом и Мельбурном (Австралия), со 160 спектральными каналами и скоростью передачи 1,6 Тбит/с. Компания Intel объявила в 2004 г. программу «Кремниевая фотоника» (Silicon Photonics), ориентированную на использование оптических технологий при передаче информации от одного электронного процессора к другому, а в 2006 г. — программу Tera-scale Computing, в которой данные технологии уже будут использоваться.

В 2004 г. в СПб ГУ ИТМО было открыто новое направление подготовки бакалавров и магистров «Фотоника и оптоинформатика», одной из федеральных образовательных компонент которого является учебный курс «Основы оптоинформатики». Курс рассматривает физические основы и направления развития оптической, лазерной, телекоммуникационной и вычислительной техники и дает общий обзор проблем оптоинформационных технологий.

Содержание проекта

Данная программа дисциплины «Оптоинформатика» предназначена для подготовки бакалавров и магистров по направлению «Фотоника и оптоинформатика». Она должна не только обеспечить приобретение знаний и умений в соответствии с государственным образовательным стандартом, но и содействовать фундаментализации образования, формированию мировоззрения и развитию системного мышления у обучающихся. Также данная программа предназначена для повышения квалификации специалистов путем дополнительного профессионального образования, в том числе через Глобальный инновационный интернет-университет.

Целью данной дисциплины является формирование таких компетенций, при приобретении которых бакалавр или магистр при дальнейшем обучении и в будущей профессиональной деятельности не имел бы проблем в области оптических информационных технологий — как за счет приобретенных знаний, так и за счет своего непрерывного самообразования. Изучение дисциплины будет способствовать освоению и распространению оптоинформатики как одной из инноваций шестого технологического уклада.

Для курса дисциплины «Оптоинформатика» подготовлены следующие учебно-методические материалы:

• учебное пособие «Основы оптоинформатики»;
  
• учебное пособие по лабораторным работам;
  
• учебное пособие по виртуальным лабораторным работам в среде LabView;
  
• презентации курса лекций, около 700 слайдов;
  
• тестовые вопросы;
  
• вопросы к экзамену по дисциплине.
  

Предложения инвесторам

Цена комплекта методических материалов к дисциплине «Оптоинформатика» — 25 тыс. долл. Возможны также программы дополнительного профессионального образования на русском и английских языках, в том числе разработанные совместно с Глобальным инновационным интернет-университетом.

С вопросами обращаться к разработчику курса:

Беспалов Виктор Георгиевич, проф. кафедры фотоники и оптоинформатики,

СПбГУ ИТМО, д.ф.-м.н., 199034 СПб, Кадетская лин. д. 3а. Тел. +7921 3304397. E-mail: victorbespaloff@gmail.com

Программа дисциплины «Оптоинформатика»

Достижение цели возможно путем решения четырех взаимосвязанных задач, предполагающих формирование у бакалавра:

• знаний, умений и навыков, достаточных при рассмотрении физических принципов, процессов и методов, использующихся в приборах и устройствах оптики, фотоники, в оптических информационных технологиях;
  
• инновационного мышления, способствующего профессиональной мобильности и позволяющего инициировать, генерировать новые идеи и выводить полученные результаты на рынок;
  
• положительной мотивации на обучение; постановки и реализации процесса постоянного самообразования;
  
• логического мышления в области оптики, фотоники, оптических информационных технологий.
  

Задачи реализуются путем прослушивания курса лекций, проведения лабораторных работ и самостоятельного прохождения виртуального практикума, выполнения курсовых исследовательских проектов и написания рефератов по современным проблемам оптоинформатики, выполнения серии тестовых заданий, повторения пройденного материала с использованием анимационных и видеоматериалов. Весь материал организован в пять модулей.

Модуль 1. Оптические устройства обработки информации

Цели и задачи модуля

Целью модуля является ознакомление бакалавра с основными оптическими устройствами обработки информации — оптическими процессорами.

Основные задачи модуля состоят в изучении разделов:

1. Физические и технические пределы по потребляемой мощности и скорости переключения элементарной электронной логической ячейки.
   
2. Энергетический предел передачи информации.
   
3. Аналоговые оптические вычисления.
   
4. Фурье-голография, голографическая коммутация.
   
5. Аналоговый оптический процессор Enlight 256.
   
6. Оптическая бистабильность.
   
7. Оптические логические элементы.
   
8. Оптический компьютер: технологии создания и перспективы применения.
   

Модуль 2. Источники излучения для оптоинформатики

Цели и задачи модуля

Целью модуля является ознакомление бакалавра с источниками когерентного излучения для оптоинформатики — лазерами.

Основные задачи модуля состоят в изучении разделов:

1. Физические основы работы лазеров.
   
2. Основные типы лазеров.
   
3. Поглощение и генерация оптического излучения в полупроводниках. Светоизлучающие диоды.
   
4. Устройство и принцип работы простейшего полупроводникового лазера.
   
5. Полупроводниковые лазеры на основе гетероструктур.
   
6. Лазеры на многослойных квантово-размерных структурах. Полупроводниковые лазеры с вертикальным резонатором (VCSEL).
   
7. Методы генерации сверхкоротких импульсов. Лазерные источники фемтосекундных импульсов.
   
8. Генерация аттосекундных импульсов электромагнитного излучения.
   

Модуль 3. Передача информации в оптических линиях связи

Цели и задачи модуля

Целью модуля является ознакомление бакалавра с физическими принципами и технологиями волоконной оптики и передачи информации по каналам связи.

Основные задачи модуля состоят в изучении разделов:

1. Основы теории передачи информации по каналам связи.
   
2. Основы волоконной оптики.
   
3. Распространение, поглощение и дисперсия световых импульсов в волоконно-оптических линиях.
   
4. Нелинейные оптические эффекты в волокнах.
   
5. Волоконные лазеры и усилители. Усиление оптических сигналов в ВОЛС.
   
6. Спектральное и временное уплотнение информационных потоков в ВОЛС. Солитонные ВОЛС.
   
7. Элементная база оптических линий связи.
   
8. Передача оптических сигналов в атмосфере и космосе.
   

Модуль 4. Оптические системы искусственного интеллекта и хранения информации

Цели и задачи модуля

Целью модуля является ознакомление бакалавра с основными оптическими устройствами искусственного интеллекта, а также с оптическими устройствами хранения информации.

Основные задачи модуля состоят в изучении разделов:

1. Считывание информации в реальном времени — динамическая голография, ассоциативная голографическая память, распознавание образов с помощью голографии.
   
2. Оптические нейронные сети, оптические системы нечеткой и нейро-нечеткой логики.
   
3. Системы искусственного интеллекта: голографическая парадигма в искусственном интеллекте, реализация принципов информатики мозга голографическими методами.
   
4. Локальная и распределенная запись информации, оптические дисковые системы записи и хранения информации, магнитооптические технологии.
   
5. Угловое и спектральное кодирование информации в голографии. Быстродействие оптических устройств записи и хранения информации.
   

Модуль 5. Перспективы развития оптических информационных технологий

Цели и задачи модуля

Целью модуля является ознакомление бакалавра с перспективными направлениями оптических информационных технологий.

Основные задачи модуля состоят в изучении разделов:

1. Квантовый компьютер и квантовые вычисления.
   
2. Квантовая криптография.
   
3. Фотонные кристаллы. Принципы построения фотонно-кристаллических структур.
   
4. Использование фотонных кристаллов для передачи, хранения и обработки информации.
   

Методы преподавания модулей.

• лекции;
  
• лабораторные работы;
  
• компьютерные занятия;
  
• консультации преподавателей, включая самостоятельную работу студента.
  

Базовое учебно-методическое пособие — Беспалов В.Г., Крылов В.Н., Михайлов В.Н. Основы оптоинформатики. Учебное пособие. СПб.: СПбГУ ИТМО, 2008 г.

Основная литература по дисциплине

1. Беспалов В.Г., Крылов В.Н., Михайлов В.Н. Основы оптоинформатики. Учебное пособие. СПб.: СПбГУ ИТМО, 2008 г. В.Г. Беспалов. Основы оптоинформатики. Часть 1. Учебное пособие по дисциплине «Основы оптоинформатики». М-во образования и науки Рос. Федерации; Федер. агентство по образованию ; СПбГУ ИТМО, каф. фотоники и оптоинформатики. СПб.: СПбГУ ИТМО, 2006.

2. Оптоинформатика. Ч. 1, 2. Уч.-метод. пособие под ред. В.Г. Беспалова, О.В. Андреевой. СПб.: Изд.СПбГУ ИТМО, 2003.

3. В.Н. Васильев, А.В. Павлов. Оптические технологии искусственного интеллекта». Учебное пособие. ИТМО СПб., 2005.

4. С.А. Ахманов, С.Ю. Никитин. Физическая оптика. Рек. М-вом образования Рос. Федерации в качестве учебника для студентов вузов, обучающихся по направлению и специальности «Физика», МГУ им. М.В. Ломоносова. 2-е изд. М.: Издательство МГУ им. М.В. Ломоносова: Наука, 2004.

5. Р. Фриман. Волоконно-оптические системы связи. Пер. с англ. под ред. Н.Н. Слепова. 2-е доп. изд. М.: Техносфера, 2004.

6. Э. Розеншер, В. Винтер. Оптоэлектроника. Пер. с фр. под ред. О.Н. Ермакова. М.: Техносфера, 2004.

7. Проблемы когерентной и нелинейной оптики. Сборник под ред. С.А. Козлова, И.П. Гурова, СПб.: Изд. ИТМО, 2002.

8. О.Н. Ермаков. Прикладная оптоэлектроника. М.: Техносфера, 2004 г.

9. В.А. Гуртов. Твердотельная электроника. М.: Техносфера, 2005 г.

10. В.И. Дудкин, Л.Н. Пахомов. Квантовая электроника. Приборы и их применение. М.: Техносфера, 2006 г.

Заключение

После обучения по данному курсу бакалавр, или магистр, или получивший дополнительное профессиональное образование специалист должен иметь целостное представление: о процессах и явлениях в оптических компьютерах (овладеть знанием принципов и технологий оптических компьютеров), о процессах и явлениях в лазерах (овладеть знанием физических принципов лазерных технологий, уметь использовать знания о когерентных источниках на практике); должен овладеть знанием основных свойств полупроводников и принципов генерации светового излучения полупроводниковыми структурами, в том числе квантоворазмерными. Он должен также иметь целостное представление: о процессах и явлениях в ВОЛС (овладеть знанием принципов и технологий передачи информации по оптическим каналам связи), о современных оптических информационных технологиях.