Fotònica

Fotònica

Archiu:Prism flat rainbow.jpg

Dispersió de la llum (fotons) per un prisma.

La fotònica és la ciència de la generació, control i detecció de fotons, en particular en l'espectre visible i infrarrojo propenc, pero que també s'estén a atres porcions de l'espectre que inclouen al ultravioleta (llongituts d'ona de 0,2 - 0,35 µm), infrarrojo d'ona llarga (8 - 12 µm) i infrarrojo lluntà (75 - 150 µm), en a on actualment s'estan desenrollant de manera activa els làser de cascada quàntica. La fotònica sorgix com a resultat dels primers semiconductors emissors de llum inventats a principis de 1960 en General Electric, MIT Lincoln Laboratory, IBM, i RCA i fets factibles en la pràctica per Zhores Alferov i Dmitri Z. Garbuzov i colaboradors que treballaven en l'Ioffe Physico-Technical Institute i casi simultàneament per Izuo Hayashi i Mort Panish que treballaven en els Bell Telephone Laboratories.

De la mateixa manera que les aplicacions de l'electrònica s'han ampliat de manera contundent des de que el primer transistor fora inventat en 1948, les noves aplicacions particulars de la fotònica seguixen apareixent. Aquelles de les quals es consideren aplicacions consolidades i econòmicament importants dels dispositius fotònics de semiconductors inclouen: almagasenament òptic de senyes, telecomunicacions per fibra òptica, impressió làser (basada en la xerografia), visualisadorés i bombeig òptic en làsers d'alta potència. Les aplicacions potencials de la fotònica són virtualment illimitades i inclouen: síntesis química, diagnòstic mèdic, comunicació de senyes on-chip, defensa en armes làser i obtenció d'energia per mig de fusió, entre atres aplicacions interessants.

Història

La paraula 'fotònica' deriva de la paraula grega "phos" que significa llum (que té cas genitivo "fotos" i en les paraules compostes s'utilisa la raïl "foto-"); va aparéixer a finals de la década de 1960 per a descriure un camp d'investigació l'objectiu de la qual era utilisar la llum per a realisar funcions que tradicionalment caïen dins del domini típic de l'electrònica, com les telecomunicacions, el processament de l'informació, etc.

La fotònica com a camp va començar en l'invenció del làser en 1960. Li varen seguir atres desenrolls: el diodo làser en la década de 1970, les fibres òptiques per a transmetre informació i l'amplificador de fibra dopada en erbi. Estos invents varen constituir la base de la revolució de les telecomunicacions de finals de el XX i varen proporcionar l'infraestructura d'Internet.

Encara que es va falcar abans, el terme fotònica va passar a ser d'us comú en la década de 1980, quan els operadors de rets de telecomunicacions varen adoptar la transmissió de senyes per fibra òptica. En eixa época, el terme s'utilisava àmpliament en els Laboratoris Bell. El seu us es va confirmar quan la Societat de Làsers i Electroóptica de el IEEE va establir una revista d'archiu anomenada Photonics Technology Letters a finals de la década de 1980.

Durant el periodo que va precedir a la fallida de les puntocom al voltant de 2001, la fotònica com a camp es va centrar en gran mida en les telecomunicacions òptiques. No obstant, la fotònica comprén una enorme gama d'aplicacions científiques i tecnològiques, com la fabricació de làsers, la detecció biològica i química, el diagnòstic i la teràpia mèdica, la tecnologia de visualisació i la computació òptica. És provable que la fotònica seguixca creixent si els actuals desenrolls de fotònica de silici tenen èxit.

Relació en atres camps

Òptica clàssica

La fotònica està estretament relacionada en l'òptica. L'òptica clàssica va precedir durant molt temps al descobriment de la cuantización de la llum, quan Albert Einstein va explicar l'efecte fotoeléctrico en 1905. Les ferramentes òptiques inclouen la lent refractante, l'espill reflectante i diversos components i instruments òptics desenrollats entre els sigles XV i XIX. Els principis clau de l'òptica clàssica, com el Principi de Huygens, desenrollat en el XVII, les Equacions de Maxwell i les equacions d'ona, desenrollades en el XIX, no depenen de les propietats quàntiques de la llum.

Òptica moderna

La fotònica està relacionada en l'òptica quàntica, l'optomecánica, l'electroóptica, l'optoelectrònica i l'electrònica quàntica. No obstant, cada àrea té connotacions llaugerament diferents per part de les comunitats científiques i governamentals i en el mercat. Òptica quàntica sol connotar investigació fonamental, mentres que fotònica s'utilisa per a connotar investigació aplicada i desenroll.

El terme fotònica connota més específicament:

• Les propietats de les partícules de la llum,
• El potencial de crear tecnologies de dispositius de processament de senyals usant fotons,
• L'aplicació pràctica de l'òptica, i
• Una analogia en l'electrònica.

El terme optoelectrònica fa referència a dispositius o circuits que inclouen funcions elèctriques i òptiques, és dir, un dispositiu semiconductor de película fina. El terme electro-òptica va sorgir en anterioritat i engloba específicament les interaccions elèctriques-òptiques no llineals aplicades, per eixemple, com a moduladors de cristal a granel com la cèlula de Pockels, pero també inclou sensors alvançats d'image.

Un aspecte important en la definició moderna de Fotònica és que no existix necessàriament un acort generalisat en la percepció dels llímits del camp. Segons una font de optics.org la resposta a una consulta de l'editor de Journal of Optics A: Pure and Applied Physics al consell editorial sobre la racionalisació del nom de la revista va informar de diferències significatives en la forma en que els térmens "òptica" i "fotònica" descriuen l'àrea temàtica, en alguna descripció proponent que "la fotònica comprén l'òptica". En la pràctica, a mida que evoluciona el camp, les evidències de que "òptica moderna" i fotònica s'utilisen a sovint indistintament estan molt difoses i absorbides en la gerga científica.

Campos emergents

La Fotònica també està relacionada en la ciència emergent de l'informació quàntica i l'òptica quàntica. Atres camps emergents són:

• Optoacústica o imàgens fotoacústicas a on l'energia làser suministrada als teixits biològics serà absorbida i convertida en calor, donant lloc a l'emissió d'ultrasons.
• Optomecánica, que implica l'estudi de l'interacció entre la llum i les vibracions mecàniques d'objectes mesoscópicos o macroscòpics;
• Optómica, en la que els dispositius integren dispositius fotònics i atòmics per a aplicacions com el cronometraje de precisió, la navegació i la metrologia;
• Plasmónica, que estudia l'interacció entre la llum i els plasmones en estructures dielèctriques i metàliques. Els plasmones són cuantizaciones de l'oscilació del plasmas; quan s'acoplen a una ona electromagnètica, es manifesten com polaritón de plasmón superficial o plasmón de superfície localisat.
• Polaritónica, que diferix de la fotònica que el portador fonamental d'informació és un polaritón. Els polaritones són una mescla de fotons i fonones, i operen en el ranc de freqüències de 300 gigahercios a aproximadament 10 terahercios.
• Fotònica programable, que estudia el desenroll de circuits fotònics que puguen reprogramar-se per a implementar diferents funcions de la mateixa manera que una FPGA electrònica.