Microsoft Word doc

ПРЕДИСЛОВИЕ
 
Развитые
страны
сегодня
находятся
в
состоянии
перехода
от
«
индустриального
» 
человеческого
общества
к
«
обществу
ин
-
формационному
», 
отличительная
особенность
которого
состоит
в
создании
и
непрерывном
усовершенствовании
сложных
«
ин
-
теллектуальных
сетей
» – 
систем
быстрого
, 
эффективного
и
эко
-
номичного
предоставления
информационных
услуг
массовому
пользователю
. 
Увеличение
объема
и
скорости
передачи
инфор
-
мации
в
высокопроизводительных
интеллектуальных
сетях
тре
-
бует
разработки
соответствующих
технических
средств
, 
среди
которых
оптика
и
оптические
методы
передачи
сигналов
играют
важнейшую
роль
. 
Фотоника
 
и
 
оптоинформатика
– 
это
новое
, 
стремительно
развивающееся
в
России
направление
подготовки
на
базе
оптики
, 
математики
и
компьютерных
технологий
, 
это
обработка
и
пере
-
дача
информации
и
энергии
с
помощью
квантов
электромагнит
-
ного
поля
– 
фотонов
. 
Оптоволоконные
системы
с
высокой
скоро
-
стью
передачи
данных
, 
голографические
запоминающие
устрой
-
ства
сверхбольшой
емкости
, 
многопроцессорные
компьютеры
с
оптической
межпроцессорной
связью
, 
в
которых
свет
управляет
светом
, – 
вот
далеко
не
полный
перечень
объектов
фотоники
и
оптоинформатики
. 
Для
решения
широкого
класса
задач
в
раз
-
личных
областях
науки
и
техники
– 
от
физики
и
химии
до
биоло
-
гии
и
медицины
активно
используются
лазерные
технологии
. 
С
помощью
лазерного
излучения
производятся
различные
техно
-
логические
операции
, 
исследования
, 
измерения
и
диагностика
. 
Решение
задач
получения
искусственных
материалов
, 
кристаллов
, 
имеющих
рекордно
низкие
оптические
потери
при
передаче
информации
и
энергии
, 
стало
возможным
с
достиже
-
ниями
успехов
в
нанотехнологиях
. 
Нанотехнология
– 
ключевое
понятие
начала
XXI 
века
, 
символ
новой
, 
третьей
научно
-

---

7 
технической
революции
. 
С
позиций
сегодняшнего
дня
целью
нанотехнологий
является
создание
наносистем
, 
наноматериа
-
лов
, 
наноустройств
, 
способных
оказать
качественное
воздейст
-
вие
на
развитие
цивилизации
. 
Первая
часть
сложного
слова
нано
- 
вообще
означает
одну
миллиардную
(10
–9
) 
чего
-
либо
. 
Нанотехнология
– 
совокупность
методов
изготовления
и
обра
-
ботки
изделий
, 
имеющих
протяженность
1–100 
нм
(
хотя
бы
в
одном
измерении
). 
Нанометровый
диапазон
измерений
раз
-
меров
открывает
новые
свойства
и
подходы
к
изучению
веще
-
ства
. 
В
этом
диапазоне
меняются
многие
физические
и
хими
-
ческие
свойства
и
нигде
так
близко
не
сходятся
физика
, 
химия
и
биология
. 
Напомним
, 
что
1 
нм
= 10
–9
м
= 10
–3
мкм
= 10 Å. 
Атом
имеет
размер
порядка
0,1 
нм
, 
неорганические
молекулы
~1 
нм
, 
вирусы
– 
от
10 
до
500 
нм
; 
бактерии
~1000 
нм
. 
Десятич
-
ные
кратные
и
дольные
приставки
и
множители
в
междуна
-
родной
системе
единиц
представлены
в
таблице
. 
Широкое
применение
в
различных
областях
современной
техники
находят
различные
волноводные
структуры
. 
Уже
сего
-
дня
волоконно
-
оптические
технологии
определяют
уровень
раз
-
вития
таких
важных
сфер
государственной
деятельности
, 
как
экономика
, 
образование
и
безопасность
. 
Оптимизация
технологических
процессов
получения
оп
-
тических
волокон
, 
лазерной
обработки
материалов
предполагает
наряду
с
экспериментальными
исследованиями
и
применение
методов
математического
моделирования
. 
Целью
курса
«
Фотоника
и
оптоинформатика
. 
Введение
в
специальность
» 
является
ознакомление
студентов
с
современ
-
ной
системой
высшего
технического
образования
, 
его
основны
-
ми
задачами
, 
организационными
и
методическими
особенно
-
стями
обучения
в
вузе
, 
с
документами
, 
которые
регламентируют
учебу
студентов
, 
а
также
фундаментальными
, 
общетехнически
-
ми
и
профессиональными
основами
выбранной
специальности
, 
спецификой
будущей
работы
выпускника
, 
перспективами
его
трудоустройства
. 

---

8 
Наимено
-
вание
Обоз
-
начение
русское
Обозначение
междуна
-
родное
Десятичная
запись
Обыкновенная
запись
йокто
и
у
10
–24
0,000000000000000000000001 
зепто
з
z 
10
–21
0,000000000000000000001 
атто
а
а
10
–18
0,000000000000000001 
фемто
ф
f 
10
–15
0,000000000000001 
пико
п
p 
10
–12
0,000000000001 
нано
н
n 
10
–9
0,000000001 
микро
мк
m 
10
–6
0,000001 
милли
м
m 
10
–3
0,001 
санти
с
s 
10
–2
0,01 
деци
д
d 
10
–1
0,1 
дека
да
da 
10
1
10 
гекто
г
h 
10
2
100 
кило
к
k 
10
3
1000 
мега
М
М
10
6
1000000 
гига
Г
G 
10
9
1000000000 
тера
Т
Т
10
12
1000000000000 
Пета
П
Р
10
15
1000000000000000 
Экса
Э
Е
10
18
1000000000000000000 
зетта
З
Z 
10
21
1000000000000000000000 
йотта
И
Y 
10
24
1000000000000000000000000 
Пособие
состоит
из
четырех
частей
. 
Первая
часть
посвящена
фундаментальному
и
гуманитарному
аспектам
бакалаврской
под
-
готовки
, 
без
которых
невозможно
сформировать
широкообразо
-
ванного
, 
системно
мыслящего
, 
ориентированного
на
многоаспект
-
ную
творческую
деятельность
специалиста
, 
способного
с
макси
-
мальной
эффективностью
продолжить
углубленное
образование
в
выбранном
направлении
. 
Такой
подход
соответствует
националь
-
ной
доктрине
образования
в
Российской
Федерации
и
макропере
-
менам
в
современном
высшем
образовании
, 
связанным
с
перехо
-
дом
к
экономике
, 
основанной
на
знаниях
. 
Во
второй
части
пособия
рассматриваются
научные
осно
-
вы
фотоники
с
элементами
квантовой
физики
, 
оптики
, 
обсужда
-
ется
и
дополняется
информация
, 
полученная
студентами
в
кур
-

---

9 
сах
физики
и
химии
средней
школы
и
позволяющая
осмыслить
эти
основы
. 
Третья
часть
посвящена
научным
и
нанотехнологическим
аспектам
фотоники
, 
путям
и
перспективам
ее
развития
. 
Показано
, 
что
нанотехнологии
– 
это
одно
из
наиболее
быстро
развиваю
-
щихся
направлений
получения
оптических
материалов
. 
В
свою
очередь
, 
достижения
нанотехнологий
обязаны
применению
уст
-
ройств
и
систем
, 
в
которых
генерируются
, 
усиливаются
, 
модули
-
руются
, 
распространяются
и
детектируются
оптические
сигналы
. 
Основы
оптоинформатики
– 
технической
науки
, 
зани
-
мающейся
проблемами
передачи
, 
хранения
и
обработки
ин
-
формации
, 
рассмотрены
в
четвертой
части
. 
Показано
, 
что
вол
-
новая
и
корпускулярная
природа
света
обуславливает
много
-
численные
преимущества
фотона
как
носителя
информации
перед
электроном
в
современных
компьютерах
. 
На
примере
теплофизических
задач
в
фотонике
рассмотрены
основы
вы
-
числительного
эксперимента
. 
Учебное
пособие
предназначено
для
студентов
первого
кур
-
са
бакалаврской
подготовки
по
направлению
«
Фотоника
и
опто
-
информатика
» 
в
Пермском
национальном
исследовательском
по
-
литехническом
университете
. 

---

10 
ЧАСТЬ
 1. 
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ
 
ОСНОВЫ
ВЫСШЕГО
 
ОБРАЗОВАНИЯ
 
1. 
О
СОБЕННОСТИ
 
ВЫСШЕГО
 
ТЕХНИЧЕСКОГО
 
 
ОБРАЗОВАНИЯ
 
1.1. 
Современная
 
система
 
высшего
образования
 
и
 
его
 
цели
 
Система
высшего
образования
страны
включает
около
1000 
высших
учебных
заведений
, 
из
них
более
500 – 
государст
-
венные
. 
По
статусу
вузы
делятся
на
классические
университеты
, 
технические
университеты
, 
академии
и
институты
. 
По
профи
-
лю
– 
на
многопрофильные
и
узкопрофильные
, 
например
сель
-
скохозяйственные
, 
медицинские
и
т
.
д
. 
Мощную
и
дорогостоя
-
щую
систему
образования
страна
содержать
бы
не
стала
, 
если
бы
эта
система
не
обеспечивала
решение
важнейших
государст
-
венных
задач
, 
а
именно
: 
– 
повышение
безопасности
страны
(
в
самом
широком
смысле
); 
– 
подготовка
специалистов
для
всех
направлений
экономики
; 
– 
повышение
интеллектуального
уровня
населения
. 
Безопасность
любой
страны
обеспечивается
в
основном
уровнем
образованности
населения
. 
Так
было
во
все
времена
; 
осо
-
бенно
это
важно
в
условиях
ускоренного
развития
наукоемких
производств
, 
наукоемких
видов
техники
и
вооружения
. 
Великий
китайский
мыслитель
Конфуций
около
2500 
лет
назад
назвал
обра
-
зованность
населения
одним
из
условий
преуспевания
государства
. 
Правительство
США
неизменно
обосновывает
все
мероприятия
по
развитию
и
улучшению
системы
образования
интересами
безопас
-
ности
страны
. 
В
последних
документах
правительства
Российской

---

11 
Федерации
, 
направленных
на
совершенствование
системы
образо
-
вания
, 
необходимость
его
модернизации
также
связывается
с
безо
-
пасностью
страны
. 
В
соответствии
с
новой
образовательной
парадигмой
у
выс
-
шего
технического
образования
две
основные
задачи
: 
– 
подготовка
высококвалифицированного
специалиста
, 
обла
-
дающего
профессиональными
компетенциями
;
– 
формирование
широкообразованной
личности
и
общих
знаниевых
компетенций
.
Первая
задача
– 
более
узкая
и
простая
; 
она
у
каждого
своя
(
как
и
специальность
) 
и
не
рассчитана
на
всю
жизнь
(
многие
спе
-
циалисты
вынуждены
неоднократно
менять
свою
специальность
). 
Вторая
задача
универсальна
, 
т
.
е
. 
одинакова
для
всех
, 
и
ее
значи
-
мость
не
меняется
в
течение
профессиональной
деятельности
специалиста
. 
Без
решения
второй
задачи
полноценно
решить
пер
-
вую
невозможно
. 
Одно
из
важнейших
требований
к
широкообра
-
зованной
личности
– 
это
творческое
системное
мышление
и
спо
-
собность
обеспечивать
в
условиях
научно
-
технического
прогрес
-
са
устойчивое
существование
человечества
на
Земле
. 
Качества
широкообразованной
личности
и
общие
компетенции
можно
приобрести
, 
лишь
глубоко
освоив
фундаментальные
и
гумани
-
тарные
основы
выбранной
специальности
. 
Компетенция
– 
сово
-
купность
взаимосвязанных
качеств
человека
, 
позволяющих
ему
эффективно
выполнять
свои
профессиональные
обязанности
(
профессиональные
 
компетенции
), 
успешно
ориентироваться
в
жизненных
и
служебных
ситуациях
(
общие
 
компетенции
). 
Учебный
план
включает
три
блока
дисциплин
: 
1) 
гуманитарные
, 
социальные
 
и
 
экономические
(
ГСЭ
); 
2) 
математические
 
и
 
естественно
-
научные
(
МЕН
); 
3) 
профессиональные
(
ПД
). 
Каждый
из
трех
блоков
содержит
федеральный
и
региональ
-
ный
компоненты
, 
а
также
базовую
и
вариативную
части
, 
в
том
числе
дисциплины
по
выбору
студента
(
элективные
). 

---

12 
Гуманитарные
и
фундаментальные
знания
сосредоточены
в
блоках
ГСЭ
и
ЕН
. 
Эти
дисциплины
изучаются
на
первых
курсах
. 
Фундаментальные
знания
превратились
в
наиболее
эффек
-
тивную
движущую
силу
производства
. 
Фундаментальные
 
знания
 
создаются
 
фундаментальными
 
науками
, 
т
.
е
. 
науками
, 
посвя
-
щенными
 
исследованию
 
природы
. 
К
 
таким
 
наукам
 
относятся
: 
физика
, 
математика
, 
информатика
, 
химия
, 
биология
и
некото
-
рые
другие
. 
Инженерные
теории
, 
как
правило
, 
представляют
со
-
бой
модифицированные
варианты
теорий
фундаментальных
наук
. 
Модификация
состоит
в
том
, 
что
фрагменты
общенаучных
тео
-
рий
, 
имеющие
прикладное
значение
, 
преобразуются
в
теории
, 
позволяющие
выполнять
инженерные
расчеты
и
проекты
. 
Поэто
-
му
любая
инженерная
дисциплина
содержит
фундаментальное
ядро
. 
Задача
студента
– 
научиться
выделять
из
различных
дисци
-
плин
фундаментальные
знания
, 
интегрировать
и
обобщать
их
в
своем
сознании
. 
Без
этого
не
может
сформироваться
широкооб
-
разованный
специалист
. 
Справиться
с
этой
задачей
помогают
специальные
учебные
дисциплины
, 
в
которых
интегрируются
основополагающие
знания
. «
Введение
в
специальность
» – 
одна
из
интегрирующих
дисциплин
.