Что такое фотоника? Какое влияние он оказывает на нашу жизнь? Как вы можете сделать предмет актуальным для ваших учеников?

Учитель обратился за помощью к специалисту по фотонике, профессору Тане Монро.

Что такое фотоника?

Я всегда говорю людям, что фотоника — это наука о свете. Мы называем это фотоникой, потому что фотон — это наименьшая единица света, как маленькие сгустки энергии, из которых он состоит.

Если оглянуться назад, наука об оптике насчитывает сотни и сотни лет истории, и я полагаю, что люди хорошо знакомы с оптикой благодаря линзам в своих очках и зеркалах. Только после некоторых работ Эйнштейна, сто лет назад, и некоторых великих людей, последовавших за ним, стало понятно, что свет квантуется и состоит из этих маленьких сгустков энергии, называемых фотонами, — и изучением этого является фотоника.

Чтобы иметь возможность понять или разработать лазеры, вам действительно нужно понять свойства фотона. Если вы посмотрите по всему миру на людей, которые занимаются тем, что называется фотоникой, а не оптикой, часто это какие-то новые аспекты... такие вещи, как лазерная физика [и] связь по оптоволоконному кабелю.

Мы читали, что 21-й век будет зависеть от фотоники так же, как 20-й век от электроники?

Я думаю, что это справедливо, и я думаю, что это уже происходит.

Когда я разговариваю с детьми, я часто говорю: «Каждый раз, когда вы вводите слово в Google и что-то ищете, вы посылаете фотоны по оптическим волокнам по всему миру».

[Тем не менее], у нас нет четкого представления о том, какая технология лежит в основе того, что мы делаем каждый день.

Можете ли вы привести несколько примеров того, как мы используем фотонику сегодня и какие возможности у нас есть в будущем?

Думаю, нашу жизнь уже коснулись две волны революции в фотонике.

Первым был лазер 50 лет назад; они вездесущи - лазерная хирургия, лазерное производство ... вы идете к кассе, и ваш товар сканируется с помощью лазера. Потом оптоволоконные телекоммуникации - тот факт, что у нас есть, как я уже сказал, фотоны, снующие по земному шару по нашей указке. [Это использует] свет для общения.

Я думаю, что третья волна — это та, в которой мы сейчас находимся, с точки зрения исследований и разработок и того, куда последуют потребительские товары — это, по сути, отправка фотонов в мир. Используя свет или используя фотоны, чтобы производить измерения окружающего нас мира.

[Например] мы работаем с местными винодельнями (в Аделаиде) над созданием интеллектуальных пробок с оптическими волокнами, которые могут измерять свойства вина на месте. Чтобы привести совершенно другой пример, мы уже несколько лет работаем с компанией, производящей медицинское оборудование, над улучшением инкубаторов для ЭКО, чтобы вы могли, как я люблю использовать язык, почти «слушать» развивающийся эмбрион, чтобы вы можете знать, что происходит и как он реагирует на окружающую среду.

И еще один совершенно другой пример, и это была очень захватывающая программа, такая футуристическая ... мы работали с обороной над разработкой оптических волокон, которые вы можете встроить в самолет, и, по сути, вы посылаете фотоны вдоль волокна внутри самолета, и они сообщают, ржавеет ли самолет. Вот что я имею в виду под измерением и ощущением; это умный самолет, который может сказать вам, где могут быть проблемы и где вам нужно провести техническое обслуживание, вместо того, чтобы делать то, что они должны делать в данный момент, то есть разбирать самолет, чтобы определить, нуждается ли он в обслуживании.

Как школьные педагоги могут сделать эту тему актуальной и увлекательной для учащихся?

Это зависит от уровня студентов [относительно] того, как они могут участвовать. У меня есть достаточное представление о начальном уровне, потому что у меня самого есть три мальчика начального возраста. Даже такие вещи, как концепции направления света в оптическом волокне — вы можете проводить эксперименты с факелом и водой, которые объясняют основные концепции, прямо на уровне средней школы.

Фотоны для восприятия и измерения — это скорее школьная концепция, но мой 11-летний ребенок пришел домой в прошлом году и сказал мне, что их класс провел эксперимент, в котором они должны были принести пять блестящих вещей из дома, и им дали практическое задание, где в парах они должны были выяснить, как направить свет из одной части классной комнаты в другую часть классной комнаты. И это было действительно мило сделано, и он и его друг получили дополнительные баллы.

Это больше касается оптики, но это довольно практично. И многие дети в наши дни увидят, как их семьи делают такие вещи, как преобразование домашнего освещения в светодиоды и тому подобное. Это обеспечивает действительно практический контекст, в котором вы можете объяснить, что такое светодиод и что действительно требует фотоники для работы.

Итак, я думаю, что есть довольно много визуальных [вещей, которые вы можете сделать]. Делается ли это в школьной обстановке или дети посещают лаборатории

Биография интервьюируемого: Профессор Таня Монро является заместителем проректора по исследованиям и инновациям и членом ARC (Австралийского исследовательского совета) в Университете Южной Австралии. До своей нынешней должности профессор Монро была первым директором Института фотоники и передового зондирования, а также Центра передового опыта ARC для наноразмерной биофотоники в Университете Аделаиды. На протяжении всей своей карьеры профессор Монро по-прежнему стремилась к академическим успехам в области STEM.