Питання:

1. Оптотехніка як науково-технічний напрям.

2. Фотоприймачі, зовнішній та внутрішній фотоефект.

3. Джерела випромінювання: теплові та люмінесцентні, світлодіод, основні переваги та недоліки використання світлодіодів, обласні застосування.

4. Оптрони: поняття, принцип роботи, основне призначення та сфери застосування, основні переваги та недоліки.

5. Модулятори оптичного вимірювання: поняття модуляції, види модуляції, принцип роботи модуляторів.

6. Оптичні дефлектори: призначення, типи, принцип роботи.

7. Основні принципи голографії: принцип голографічного запису та відтворення інформації, 2х-3х вимірні голограми, їх особливості.

8. Пам’ять на оптичних дисках: оптичний диск, способи запису інформації на оптичні диски

9. Інтегральна то волоконна оптика.

10. Індикаторні прилади: вакуумні люмінесцентні, світлодіодні, газорозрядні, рідкокристалічні

11. Історія розвитку галузі штучного інтелекту.

12. Нейроподібні мережі і комп’ютери.

13. Оптичний комп’ютер.

14. Квантовий комп’ютер.

15. Нові джерела енергії.

16. Торсіонні поля.

17. Нанотехнології.

18. Біблійний вимір бази знань людства.

Відповіді

1. Оптотехніка як науково-технічний напрям включила в себе сукупність наук , спрямованих на підготовку кваліфікованих фахівців з комп'ютерного проектування , експлуатації та виробництва волоконно-оптичних ліній зв'язку медичних оптико-електронних і оптичних приладів , телекомунікаційних систем , оптико-електронних приладів для наукових досліджень і технічних вимірювань та іншого .

Випускники спеціальності « Оптотехніка » мають фундаментальну підготовку в таких напрямках:

- Математика;

- Фізика ;

- Методи розрахунку сучасних оптичних систем;

- Основи оптики ;

- Конструювання оптико- електронних , а також сучасних оптичних приладів;

- Електронна та мікропроцесорна техніка;

- Проектування та програмування на комп'ютерах.

Фахівці-оптотехникі займаються розробкою, створенням та використанням оптико-електронних та лазерних приладів, систем і комплексів. Вони знають і вміють застосовувати технології виробництва оптичних елементів, матеріалів, приладів і систем. Володіють лазерними технологіями різного призначення; елементної базою оптичної, оптико-електронної та лазерної техніки. Можуть брати участь в доопрацюванні та вдосконаленні програмного забезпечення та комп'ютерних технологій в оптотехніці.

2. Прилади, які перетворюють світлові сигнали в електричні називаються фотоприймачами. Фотоефект - це випускання електронів речовиною під дією світла (і , взагалі кажучи , будь-якого електромагнітного випромінювання). У конденсованих речовинах (твердих і рідких ) виділяють зовнішній і внутрішній фотоефект . Зовнішнім фотоефектом ( фотоелектронній емісією ) називається випускання електронів речовиною під дією електромагнітних випромінювань . Електрони , що вилітають з речовини при зовнішньому фотоефекті , називаються фотоелектронами , а електричний струм , утворений ними при упорядкованому русі в зовнішньому електричному полі , називається фотострумом . Внутрішнім фотоефектом називається перерозподіл електронів по енергетичним станам в твердих і рідких напівпровідниках і діелектриках , що відбувається під дією випромінювань . Він проявляється в зміні концентрації носіїв зарядів в середовищі і призводить до виникнення фотопровідності або вентильного фотоефекту . Фотопроводимостью називається збільшення електричної провідності речовини під дією випромінювання.

3. Джерела випромінювання

Однією із форм енергії являється оптичне випромінювання, виникнення якого пов’язане зі змінами енергетичних станів електронів в атомі, а також із хвильовим чи обертальним рухом молекул, що входять в склад випромінювального тіла. З фізичної точки зору будь яке тіло, яке здатне випромінювати енергію в навколишнє середовище, можна назвати джерелом випромінювання. Всі існуючі джерела випромінювання можна розділити на дві групи: штучні і природні, які в свою чергу класифікуються чи по фізичній природі випромінювання, чи по призначенню.

До природних джерел випромінювання відносяться Сонце, Місяць, Планети, зорі, поверхня Землі, хмари, атмосфера. Природні джерела, випромінювання які неможливо регулювати, як правило, використовуються в системах пасивного типу чи для наукових досліджень. Крім того, їх випромінювання являється фоном, що створює завади при роботі оптико-електронних приладів.

Найбільш практичного значення мають штучні джерела випромінювання, які можна розділити на технічні та зразкові (модель чорного тіла, порожнисті випромінювачі, імітатори випромінювання). До основних технічних джерел відносяться теплові (температурні), люмінесцентні, змішуваного випромінювання світлодіоди і лазери.

Лампи розжарювання

Електричною лампою розжарювання (рис. 2) називається джерело випромінювання, яке одержують у результаті теплового випромінювання твердого тіла, нагрітого до високої температури, через яке пропускають електричний струм, при цьому тверде тіло поміщено в скляний балон, заповнений газом. Дані лампи широко застосовують як джерела випромінювання в ближній ІЧ-області. Лампи розжарювання - теплове джерело світла, спектр якого відрізняється від денного світла переважанням жовтого та червоного випромінювання і повною відсутністю ультрафіолету.

Застосовуються такі лампи, як правило, в побутовому і декоративному освітленні, а також там, де до висвітлення не пред'являють особливих вимог, а споживання та термін служби ламп не є визначальними факторами.

Люмінесцентна лампа

Люмінесцентна лампа - газорозрядне джерело світла низького тиску. Його світловий потік визначається свіченням люмінофора під впливом ультрафіолетового випромінювання, яке виникає внаслідок електричного розряду.

З середини стінка колби покрита сумішшю люмінесцентних порошків, яка називається люмінофор. Лампи з трьох-смуговим люмінофором більш економічні, оскільки світлова віддача у них становить (до 104 Лм / Вт), але володіють найгіршою передачею кольору (Ra = 80), а лампи з п'яти-полісним люмінофором мають відмінну передачу кольору (Ra = 90-98) при меншій світловий віддачі (до 88 Лм / Вт).

Існує два способи запалювання люмінесцентних ламп - електромагнітним та електронним баластом. Тип баласту впливає на запалювання ламп, а також на мерехтіння в роботі і термін служби паливних електродів. При підпалі люмінесцентних ламп з електромагнітним баластом відбувається до 30% втрат електроенергії. Основною відмінністю люмінесцентного світильника з електронним баластом від такого ж світильника з електромагнітним баластом, крім енергозбереження, ваги та об'єму, є частота мерехтіння: Лампи з електронним баластом працюють з високою частотою мерехтіння близько 42000 Гц в секунду, тоді як лампи з електромагнітним баластом працюють з частотою 100 Гц в секунду, що при тривалому використанні викликає втому очей. 

Світлодіоди.

Світлодіоди економлять електроенергію. Вони довговічні і надійні. Термін служби світлодіода досягає 100 тис. годин - 10 років безперервної роботи. У 100 разів більше, ніж у лампи розжарювання і 8-10 разів більше, ніж у люмінесцентної лампи. Ці лампи надійніше за лампу розжарювання через повну несприйнятливість до вібрацій і ударів. Мала тепловіддача і низька напруга визначають високий рівень безпеки. Екологічний продукт. Світлодіоди не шкодять екології, оскільки в їх склад не входить ртуть, і вони майже не нагріваються в процесі роботи. Світлодіодне освітлення володіє високим ККД. Електрична енергія перетворюється у випромінювання найбільш безпосереднім чином з всіх існуючих, що дозволяє добитися найбільшої світлової віддачі на сьогоднішній момент. ККД світлодіода – до 100%, люмінесцентна лампа – до 25%, лампа розжарювання – до 5% ( 95% йде на нагрів вольфрамової спіралі)

Переваги і недоліки різних джерел випромінювання

Лампи розжарювання. До переваг ламп розжарювання слід віднести: зручність експлуатації, суцільний спектр, що забезпечує в багатьох випадках прийнятне перенесення кольорів; відпрацьовану технологію виготовлення ламп в широкому діапазоні потужностей; малу вартість; достатньо високу надійність.

Недоліками ламп розжарювання є низька світлова віддача (світловий ККД освітлювальних ламп становить 1-3%, тобто лампи розжарення є малоекономічними джерелами світла); дають лише 5% світла і 95% тепла; спектральний склад істотно відрізняється від спектрального складу сонячного випромінювання.

Галогенні лампи. Перевагами галогенних ламп є висока світловіддача; стабільно яскраве світло протягом терміну служби; довгий термін служби; мініатюрна конструкція; можливість регулювання світлового потоку; високий рівень безпеки, особливо в умовах підвищеної вологості (низьковольтні лампи).

Недоліки галогенів в тому, що вони потребують бережного ставлення. До скляної поверхні лампи краще не торкатися голими руками, тому що на ній залишаються жирні плями, що може привести до оплавлення в цьому місці скла колби. Галогенні лампи дуже чутливі до скачок напруги мережі, тому їх слід включати через стабілізатор напруги, а низьковольтні - через трансформатор. Температура колби може досягати 500 ° С, тому при установці ламп слід дотримуватися норм протипожежної безпеки (наприклад, забезпечити достатню відстань між поверхнею перекриття і підвісною стелею).

Люмінесцентні лампи. Переваги люмінесцентних ламп: широкий діапазон кольоровості; у порівнянні з лампами розжарювання забезпечує такий же світловий потік, але споживають в 4-5 разів менше енергії; мають низьку температуру колби; підвищений термін служби;

Недоліки люмінесцентних ламп: знижується світловий потік при підвищених температурах; вміст ртуті (хоча і в дуже малих кількостях, 40-60 мг). Ця доза нешкідлива, проте постійна схильність пагубному впливу може завдати шкоди здоров'ю; люмінесцентні лампи не пристосовані до роботи при температурі повітря нижче 15-20 ° С.

Енергозберігаюча люмінесцентна лампа. Переваги компактних ламп порівняно з лампами розжарювання: до 80% менше споживання струму при тій же кількості світла; термін служби в 6-15 разів більший в порівнянні зі звичайними лампами розжарювання і складає, відповідно, 6000-15000 годин в залежності від типу; менші втрати на обслуговування за рахунок тривалого часу служби люмінесцентних ламп: можливість вибору кольору світіння. Компактні люмінесцентні лампи мають універсальне застосування та використовуються у всіх сегментах нерухомості. Більш того, вони заощаджують більше, ніж коштують самі.

5. Модуля́ция (лат. modulatio — размеренность, ритмичность) — процесс изменения одного или нескольких параметров высокочастотного несущего колебания по закону низкочастотного информационного сигнала (сообщения).

Передаваемая информация заложена в управляющем (модулирующем) сигнале, а роль переносчика информации выполняет высокочастотное колебание, называемое несущим. Модуляция, таким образом, представляет собой процесс «посадки» информационного колебания на заведомо известную несущую.

В результате модуляции спектр низкочастотного управляющего сигнала переносится в область высоких частот. Это позволяет при организации вещания настроить функционирование всех приёмо-передающих устройств на разных частотах с тем, чтобы они «не мешали» друг другу.

В качестве несущего могут быть использованы колебания различной формы (прямоугольные, треугольные и т. д.), однако чаще всего применяютсягармонические колебания. В зависимости от того, какой из параметров несущего колебания изменяется, различают вид модуляции (амплитудная,частотная, фазовая и др.). Модуляция дискретным сигналом называется цифровой модуляцией или манипуляцией.

Є три основні види модуляції: амплітудна (АМ); частотна (FM); фазова (PM).

Найменш ефективною є амплітудна модуляція (АМ). Але тим не менше, в радіомовленні на довгих, середніх і коротких хвилях використовується тільки АМ. Це пов’язано з тим, що передавальна станція обслуговує десятки тисяч приймачів, тому для забезпечення задовільної передачі колись було економічно вигідніше в декілька разів підвищити потужність передавача, ніж значно ускладнювати приймач. Втім, коли вимоги до якості мовлення зростали, АМ ставала невигідною, оскільки вартість передавача швидко зростала з його потужністю, і для якісного мовлення використовували частотну модуляцію (FM). При меншій потужності відповідно зменшується  радіус дії мовного передавача.

Амплітудна модуляція (Amplitude Modulation) найменш ефективна (низький ККД і мала завадозахищеність), але її можна легко реалізувати схематично, хоча в наш час це не важливо, бо появилися мікросхеми. Принцип дії АМ розглядають в школі для наглядності (див. малюнок).

Частотна модуляція (Frequency Modulation), (FSK – Frequency Shift Keying - частотна маніпуляція) більш завадостійка порівняно з АМ. В ній модулюючий сигнал (той, що ми хочемо передати) змінює частоту несучої (див. малюнок).

Частотна модуляція досить завадостійка, оскільки завади телефонного каналу спотворюють в основному амплітуду, а не частоту сигналу. Однак при частотній модуляції неекономно витрачається ресурс смуги частот телефонного каналу. Тому цей вид модуляції застосовується в низькошвидкісних протоколах, що дозволяють здійснювати зв’язок по каналах з низьким відношенням сигнал/шум [1, розд. 6.2.1.].

Фазова модуляція ще краща, ніж дві попередні, але в аналоговому радіомовленні не використовується. Більшого поширення набув її різновид – відносна фазова модуляція. Цей вид модуляції використовується в цифровому зв’язку, зокрема в GSM.

6. оптичні дефлектори призначені для зміни по заданому закону просторового положення (напряму) оптичного пучка у часі. У відповідності до фізичних принципів, що лежать в основі роботи, оптичні дефлектори умовно поділяються на оптико-механічні (ОМ), оптико-механічні голографічні (ОМГ), магнітоелектричні (МЕ), електромагнітні (ЕМ), п’єзоелектричні (ПЕ), магнітострикційні (МС), магнітооптичні (МО), акустооптичні (АО) та електрооптичні (ЕО). Найбільш важливими параметрами та характеристиками оптичного дефлектора є: закон сканування, амплітуда кута відхилення, розрізняюча спроможність, спотворення фронту оптичної хвилі, частота сканування, діапазон частот сканування, смуга пропускання, швидкодія, оптична редукція, допустима лінійна апертура оптичного скануючого пучка, допустиме розходження оптичного пучка, спектральний оптичний діапазон роботи, оптичні втрати, електричні напруга та струм, чутливість до відхилення, маса та габаритні розміри, стійкість до вібрацій, стабільність характеристик при зміні умов оточуючого середовища (температури, тиску і т.п.)

10. Вакуумно- люмінесцентний індикатор ( ВЛІ ) , або катодолюмінесцентний індикатор , - електровакуумний прилад , елемент індикації , що працює за принципом електронної лампи . Незважаючи на те , що такий індикатор є , по суті , радіолампою , він не вважається застарілим радіоелементом , продовжує вироблятися і сьогодні , і застосовується в сучасній радіоапаратурі , в тому числі і у новітній . Як і інші індикатори , ВЛИ можуть бути сегментними , матричними , мнемонічними , комбінованими .

Вакуумно-люмінесцентний індикатор являє собою електровакуумний тріод прямого напруження з безліччю покритих люмінофором анодів. Параметри лампи підібрані таким чином, щоб вона могла працювати при низьких анодних напругах - від 9 до 27 В.

СССР (Саратовский завод «Рефлектор»; Орловский завод электронных приборов; Ленинградское объединение «Светлана»;Винницкий) завод «Октябрь»

Украина (Ровенский завод Газотрон.)

Світлодіод— напівпровідниковий пристрій, що випромінює некогерентне світло, при пропусканні через нього електричного струму (ефект, відомий як електролюмінесценція). Випромінюване світло традиційних світлодіодів лежить у вузькій ділянці спектру, а його колір залежить від хімічного складу використаного у світлодіоді напівпровідника. Сучасні світлодіоди можуть випромінювати світло від інфрачервоної ділянки спектру до близької до ультрафіолету. Існують методи розширення смуги випромінювання і створення білих світлодіодів. На відміну від ламп розжарювання, які випромінюють світловий потік широкого спектру, рівномірно у всіх напрямках, звичайні світлодіоди випромінюють світло певної довжини хвилі і в певному напрямі. Світлодіоди були удосконалені до лазерних діодів, — які працюють на тому ж принципі, але можуть напрямлено випромінювати когерентне світло.

Ефективність світлодіодів найбільше проявляється там, де потрібно генерувати потужні кольорові світлові потоки. Світло від лампи розжарювання доводиться пропускати через спеціальні оптичні фільтри, що виділяють певну частину спектру (червону, синю, зелену). 90% енергії світлового потоку, від лампи розжарювання, втрачається, при проходженні світла через світлофільтр. Усі ж 100% випромінювання світлодіода є забарвленим світлом і в застосуванні світлофільтра немає потреби. Більше того, близько 80-90% споживаної потужності лампи розжарювання, витрачається на її нагрів, — для досягнення потрібної колірної температури (шкала Кельвіна), на яку вони спроектовані.

Світлодіодні лампи споживають від 3% до 60% потужності, необхідної для звичайних ламп розжарювання, аналогічної яскравості. Удароміцна конструкція твердотілих випромінювачів (світлодіодів), дозволяє використовувати світлодіодні лампи при підвищених вібраціях. Світлодіоди не бояться частих вмикань і вимикань. Термін служби світлодіодної лампи — більше 100 000 годин (більше 11 років).

Індикатори газорозрядні - газонаповнені прилади для візуального відтворення інформації. У І. г. використовується головним чином свічення катодної області тліючого розряду . Вони мають високу надійність, довговічність, велику яскравість, малу споживану потужність. Розрізняють І. г.:

1.сигнальні, в яких інформація представляється у вигляді крапки або малої області, що світиться (неонові індикаторні лампи і індикатори малих рівнів напруги);

2.знакові, в яких інформація представляється у вигляді різних знаків, що утворюються електродами, що світяться, мають окремі виводи;

3.лінійні (аналогові і дискретні), в яких інформація представляється у вигляді стовпчика (довжина його пропорційна силі струму, що протікає через прилад), що світиться, або у вигляді крапки, що світиться (положення крапки визначається числом імпульсів);

4.матричні, в яких інформація представляється у вигляді сукупності крапок, що світяться, на плоскому екрані, що може складатися з декількох десятків тисяч газосвітних пікселів, створюючих матрицю.

З початку 1950-х до 1970-х років індикатори, побудовані на газорозрядному принципі, були домінуючими в техніці. Пізніше вони були замінені вакуумно-люмінесцентними та рідкокристалічними і світлодіодними дисплеями і стали досить рідкісними.

Більшість найменувань газорозрядних індикаторів вже не виробляється.

Газорозрядні індикатори використовувалися в калькуляторах, в вимірювальному обладнанні, в перших комп'ютерах, в аерокосмічній техніці та підводних човнах, в ліфтових покажчиках і для відображення інформації на фондовій біржі Нью-Йорка.

11. Історія розвитку галузі штучного інтелекту

Тепер, коли нагромаджено досвід в організації технологій переробки інформації, відбувається перехід до створення інформаційних технологій з використанням штучного інтелекту. Вважається, що основні напрями в галузі створення інформаційних технологій і штучного інтелекту пов’язані з винайденням ефективних систем подання знань і організацією процесу комунікації користувачів з ЕОМ, а також з плануванням доцільної діяльності та формуванням глобальної структури нормативної поведінки.

Вважається, що розвиток сучасних систем штучного інтелекту розпочався з 50-х років ХХ століття. Цьому сприяла програма, що була розроблена А.Ньюеллом і призначена для доведення теорем в численні під назвою “Логіг-Теоретик”. Деякі автори називають цю систему експертною. Ця робота поклала початок першого етапу досліджень в галузі штучного інтелекту, пов’язаного з розробкою програм, які розв’язують задачі на основі використання різноманітних евристичних методів. Цей етап обумовив появу і розповсюдження терміну штучний інтелект.

Спеціалісти в галузі штучного інтелекту завжди прагнули розробити такі програми, які могли б в деякому розумінні “думати“, тобто розв’язувати задачі таким чином, який би вважався розумним при вирішенні цієї проблеми людиною. Проблема вважається інтелектуальною, якщо алгоритм її розв’язування апріорі не відомий. На початку розвитку штучного інтелекту були спроби моделювати процес мислення людини, але ці спроби зазнали краху. Розробити універсальні програми, як стало зрозуміло, є безперспективною справою. В зв’язку з тим, що важко забезпечити універсальність програми, зосередження розробок перейшло на загальні методи і прийоми спеціальних програм.

З 70-х років зусилля вчених концентрувалися на таких напрямках:

• розробка методів представлення, тобто способів формулювання проблем таким чином, щоб їх можна було легко вирішити;

• розробка методів пошуку, тобто доцільних способів управління ходом рішення завдання, щоб воно вирішувалося протягом реального часу за допомогою реальних засобів.

На початку 80-х років було зроблено наступний висновок: ”ефективність програми вирішення задач залежить від знань, якими вона володіє, а не тільки від формул і схем висновків, які вона використовує”.

Сьогодні розвиток фундаментальних досліджень в галузі штучного інтелекту передбачає вирішення зокрема таких проблем:

• автоматизоване створення програмного продукту;

• автоматизований переклад, інформаційний пошук, генерація документів, організація природного діалогу між користувачем і комп’ютером;

• обробка та сприйняття природної мови та тексту;

• системи технічного зору та розпізнавання образів;

• створення баз знань;

• створення експертних систем.

12. Що дозволяє людині аналізувати інформацію, яка поступає? У термінології нейрогенетики введено ключове поняття – нейромережа. Саме сукупність нейромереж утворює відділи нервової системи людини, які у свою чергу визначають всю діяльність, додають істоті розум, інтелект.

Мозок є, мабуть, найскладнішій з відомих нам систем переробки інформації. Досить сказати, що в ньому міститься близько 100 мільярдів нейронів, кожен з яких має в середньому 10 000 зв’язків. При цьому мозок надзвичайно надійний: щодня гине велика кількість нейронів, а мозок продовжує функціонувати. Обробка величезних об’ємів інформації здійснюється мозком дуже швидко, за долі секунди, не дивлячись на те, що нейрон є повільнодіючим елементом з часом реакції не меншим декількох мілісекунд.

Поки не дуже зрозуміло, як мозку удається отримати таке вражаюче поєднання надійності і швидкодії. Досить добре вивчена структура і функції окремих нейронів, є дані про організацію внутрішніх і зовнішніх зв’язків між нейронами деяких структурних утворень мозку, зовсім мало відомо про участь різних структур в процесах переробки інформації

Що ж слід розуміти під терміном нейрокомп’ютер? Питання досить складне. Нейромережева тематика, як така, є міждисциплінарною, нею займаються як розробники обчислювальних систем і програмісти, так і фахівці в області медицини, фінансово-економічні працівники, хіміки, фізики і тому подібне. Те, що зрозуміло фізику, абсолютно не сприймається медиком і навпаки — все це породило багаточисельні суперечки і цілі термінологічні війни по різних напрямах застосування всього, де є приставка нейро-. Наведемо деякі найбільш сталі означення нейрокомп’ютера, прийняті в конкретних наукових областях.

13. Оптичний комп’ютер. Оптичний комп'ютер - комп'ютер, заснований на використанні оптичних процесорів. На відміну від звичайних комп'ютерів, заснованих на електронних технологіях, в оптичних комп'ютерах операції виконуються шляхом маніпуляції потоками оптичного випромінювання, що дозволяє досягти більшої продуктивності обчислень ^[1].

Перший макет оптичного комп'ютера був створений в 1990 році Аланом Хуаном у (Bell Labs) ^[2][3]. Процесор другого покоління носив назву «DOC-II» (англ. Digital Optical Computer - цифровий оптичний комп'ютер) і був здатний перевіряти до 80 тис. сторінок тексту в секунду при виконанні команди пошуку слова.

Компанією «Lenslet» був випущений єдиний на даний момент комерційний оптичний процесор EnLight256 ^[2][4]. Особливістю його архітектури є те, що в той час, як ядро ​​засноване на оптичних технологіях, всі входи і виходи - електронні. Цей процесор здатний виконувати до 8 × 10 ¹² операцій в секунду. Комп'ютер на базі EnLight256 здатний обробляти 15 відеоканалів стандарту HDTV в режимі реального часу і дозволяє створити новий напрям в голографічному 3D TV.