A ciência da fotônica inclui a geração, a emissão, a transmissão, a modulação, de processamento de sinal, mudança de amplificação, detecção e detecção de luz. A fotônica termo assim enfatiza que os fótons não são nem partículas nem ondas - eles são diferentes em que eles têm tanto de partícula e onda natureza. Ele abrange todas as aplicações técnicas de luz ao longo de todo o espectro do ultravioleta sobre o visível a curto, médio e infravermelho distante. A maioria das aplicações, no entanto, são na gama de luz visível e do infravermelho próximo. A fotônica termo desenvolvido como uma conseqüência dos primeiros emissores de luz de semicondutores práticos inventados no início dos anos 1960 e fibras ópticas desenvolvidos na década de 1970.
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| Refração das ondas de fótons (luz) por um prisma |
Conteúdo
1 História da fotônica
2 Relação com outras áreas
2,1 óptica clássica
2,2 óptica moderna
2,3 campos emergentes
3 Aplicações
4 Visão geral da fotônica pesquisa
4,1 As fontes de luz
4,2 meios de transmissão
4,3 Amplificadores
4,4 Detecção
4,5 Modulação
4,6 sistemas fotônicos
5 Veja também
6 Referências
7 Ligações externas
7,1 internacionais sociedades ópticos
7,2 As sociedades nacionais e associações
7,3 Periódicos
7,4 As redes de investigação
7,5 Outras leituras
História da fotônica
"Fotônica"
A palavra é derivada da palavra grega "fotos" que significa luz, que
apareceu no final dos anos 1960 para descrever um campo de pesquisa cujo
objetivo era usar a luz para desempenhar funções, que,
tradicionalmente, caiu dentro do domínio típico da eletrônica, tais como
telecomunicações, processamento de informações, etc
Fotonica como um campo começou com a invenção do laser em 1960. Outros
desenvolvimentos seguida: incluindo o diodo laser na década de 1970, as
fibras ópticas para a transmissão de informação, e o amplificador de
fibra dopada com érbio. Estas
invenções formaram a base para a revolução nas telecomunicações do
final do século 20 e desde a infra-estrutura para a Internet.
Embora
cunhado anteriormente, a fotônica termo entrou em uso comum na década
de 1980 como de fibra óptica de transmissão de dados foi adotado pelos
operadores de redes de telecomunicações. Naquela época, o termo foi amplamente usado no Bell Laboratories. Seu
uso foi confirmado quando o IEEE Lasers e Eletro-Óptica Sociedade
estabeleceu um jornal de arquivo chamado Cartas tecnologia fotônica, no
final da década de 1980.
Durante
o período que antecedeu a queda das ponto-com cerca de 2001, fotônica
como um campo focado em grande parte de telecomunicações. No
entanto, a fotônica cobre uma enorme gama de aplicações de ciência e
tecnologia, incluindo: laser de fabricação, biológica e química
detecção, diagnóstico médico e terapia, tecnologia de exibição, e
computação óptica.
Vários
aplicativos não de telecomunicações fotônica exibem forte crescimento,
particularmente desde a queda das pontocom, em parte porque muitas
empresas foram à procura de novas áreas de aplicação. Crescimento da fotônica é provável se a actual evolução fotônicos de silício são bem sucedidos.
Relação a outros campos
Óptica clássica
Fotônica está intimamente relacionado com a óptica. No
entanto óptica precedeu a descoberta de que a luz é quantizada (quando
Albert Einstein explicou o efeito fotoelétrico em 1905). Ferramentas de óptica incluem a lente refracção, o espelho reflector, e vários componentes ópticos conhecidos antes de 1900. Princípios
fundamentais da óptica clássica, como Huygens Princípio, as equações de
Maxwell, e as equações de onda, não dependem de propriedades quânticas
da luz.
Óptica moderna
Fotônica está relacionada com a óptica quântica, optomechanics, eletro-ópticas, optoeletrônica e eletrônica quântica. No entanto, cada área tem conotações um pouco diferentes por comunidades científicas e de governo e no mercado. Óptica
quântica muitas vezes conota investigação fundamental, enquanto que a
fotônica é usada para conotar pesquisa aplicada e desenvolvimento.
A fotônica termo conota mais especificamente:
As propriedades das partículas de luz,
O potencial de criação de tecnologias de processamento de sinal de dispositivos usando fótons,
A aplicação prática da óptica, e
Uma analogia com a eletrônica.
Uma analogia com a eletrônica.
O
termo conota optoelectrónica dispositivos ou circuitos que compreendem
ambas as funções eléctricas e ópticas, ou seja, um dispositivo
semicondutor de película fina. O
termo electro-ópticas entrou em utilização anterior e, especificamente,
inclui não lineares eléctricos ópticos interacções aplicados, por
exemplo, como moduladores de cristal a granel, tais como a célula de
Pockels, mas também inclui sensores avançados de imagem tipicamente
utilizados para a vigilância por organizações civis ou do governo.
Campos emergentes
Photonics também se relaciona com a ciência emergente da informação quântica nos casos em que ela emprega métodos fotônicos. Outros
campos emergentes incluem opto-atómicas, em que ambos os dispositivos
integram dispositivos fotônicos e atómica para aplicações, tais como
manter a precisão, a navegação e metrologia; polaritonics, que difere da
fotónica em que o portador de informação fundamental é a polarização, a
qual é uma mistura de fótons e fônons, e opera na faixa de frequências de 300 gigahertz a aproximadamente 10 terahertz.
Aplicações
Aplicações de fotônica são onipresentes. Incluem-se todas as áreas da vida cotidiana para a ciência mais avançada, por exemplo, detecção
de luz, telecomunicações, processamento de informação, iluminação,
metrologia, espectroscopia, a holografia, medicina (cirurgia de correção
de visão, endoscopia, vigilância da saúde), tecnologia militar, laser
processamento de material, arte visual, biofotônica, agricultura e
robótica.
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| Aphrodita aculeata, um rato do mar, mostrando espinhos coloridos, um exemplo notável de engenharia fotônica por um organismo vivo |
Assim como as aplicações de eletrônica têm expandido dramaticamente desde o primeiro transistor foi inventado em 1948, as aplicações exclusivas de fotônica continuam a surgir. Aplicações economicamente importantes para dispositivos semicondutores fotônicos incluem a gravação de dados ópticos, de telecomunicações de fibra óptica, impressão a laser (com base na xerografia), exibe e bombeamento óptico de lasers de alta potência. As aplicações potenciais do fotónica são virtualmente ilimitados e incluem a síntese química, diagnósticos médicos, on-chip de comunicação de dados, o laser de defesa, e a energia de fusão, para citar alguns exemplos adicionais interessantes.
Equipamentos de consumo:
scanner de código de barras, impressora, CD / DVD / Blu-ray, dispositivos de controle remoto
Telecomunicações:
comunicações de fibra óptica, conversor de baixo óptico para microondas
Medicina:
correção de deficiência visual, a cirurgia a laser, cirurgia endoscópica, remoção de tatuagem
Produção industrial:
o uso de lasers para a soldadura, perfuração, corte, e vários métodos de modificação de superfície
Construção:
nivelamento a laser, telêmetro a laser, estruturas inteligentes
Aviação:
giroscópios fotônicos que faltam partes móveis
Militar:
sensores infravermelhos, comando e controle, navegação de busca e salvamento, colocação de minas e detecção
Entretenimento:
shows de laser, efeitos de feixe, arte holográfica
Processamento de informação
Metrologia:
tempo e medições de freqüência, telêmetro
Computação fotônica:
distribuição de relógio e comunicação entre computadores, placas de circuito impresso, ou dentro de circuitos optoelectrónicos integrados; no futuro:
a computação quântica
Visão geral da fotônica pesquisa
A ciência da fotónica inclui investigação da, transmissão, a emissão de amplificação, modulação, detecção e da luz.
As fontes de luz
Fontes de luz utilizadas em fotônica são geralmente mais sofisticados do que as lâmpadas. Photonics comumente utiliza fontes de luz de semicondutores como diodos emissores de luz (LEDs), diodos superluminescent, e lasers. Outras fontes de luz incluem lâmpadas fluorescentes, tubos de raios catódicos (CRT), e telas de plasma. Observe que, enquanto os monitores CRT, telas de plasma e monitores orgânicos emissores de luz de diodo gerar sua própria luz, telas de cristal líquido (LCDs) como telas TFT requerem uma luz de fundo de tanto lâmpadas fluorescentes de cátodo frio ou, mais frequentemente, hoje, LEDs.
Característica para a pesquisa sobre fontes de luz de semicondutores é o uso freqüente de semicondutores III-V em vez dos semicondutores clássicos como silício e germânio. Isto é devido às propriedades especiais de semicondutores III-V, que permitem a aplicação de dispositivos emissores de luz. Exemplos de sistemas materiais utilizados são o arseneto de gálio (GaAs) e arseneto de gálio alumínio (AlGaAs) ou outros compostos semicondutores. Eles são também utilizados em conjunção com o silício para produzir lasers de silício híbridos.
Meios de transmissão
A luz pode ser transmitida através de qualquer meio transparente. Fibra de vidro ou de fibra óptica de plástico pode ser utilizado para guiar a luz ao longo de um caminho desejado. Em comunicações ópticas fibras ópticas permitem que as distâncias de transmissão de mais de 100 km sem amplificação, dependendo da taxa de bits e formato de modulação utilizada para a transmissão. Um tema de pesquisa muito avançada dentro fotônica é a investigação e fabricação de estruturas especiais e "materiais" com engenharia de propriedades ópticas. Estes incluem cristais fotônicos, fibras de cristal fotônico e metamateriais.
Amplificadores
Amplificadores ópticos são usados para amplificar um sinal óptico. Amplificadores ópticos usados em comunicações ópticas são amplificadores de fibra dopada com érbio, amplificadores ópticos semicondutores, amplificadores ópticos Raman e amplificadores paramétricos. Um tema de pesquisa muito avançada em amplificadores ópticos é a pesquisa sobre amplificadores de pontos quânticos semicondutores ópticos.
Detecção
Fotodetectores detectar a luz. Fotodetectores variar de fotodiodos muito rápidas para aplicações de comunicação mais responsável velocidade média dispositivos acoplados (CCDs) para câmeras digitais a muito lenta células solares que são utilizadas para captação de energia do sol. Há também muitos outros fotodetectores baseados em química, térmica, quantum, fotoelétrico e outros efeitos.
Modulação
Modulação de uma fonte de luz é utilizada para codificar informação sobre a fonte de luz. Modulação pode ser alcançada através da fonte de luz directa. Um dos exemplos mais fáceis é usar uma lanterna para enviar código Morse. Outro método consiste em levar a luz a partir de uma fonte de luz e modula-o em um modulador óptico externo.
Um tema adicional coberto pela modulação de pesquisa é o formato de modulação. On-off keying tem sido o formato de modulação habitualmente utilizada nas comunicações ópticas. Nos últimos anos, os formatos de modulação mais avançados como da modulação de fase, ou mesmo de multiplexação por divisão de frequência ortogonal, têm sido investigados para combater os efeitos de dispersão, como que degradam a qualidade do sinal transmitido.
Sistemas fotônicos
Fotonica também inclui pesquisas em sistemas fotônicos. Este termo é freqüentemente usado para sistemas de comunicação óptica. Esta área de pesquisa concentra-se na implementação de sistemas fotônicos como redes de alta velocidade fotônicos. Isto também inclui a pesquisa sobre regeneradores ópticos, que melhoram a qualidade do sinal óptico.
Ver também
Tópicos relacionados links para o wikipédia em Inglês
Biofotônica
Célula solar
Cristal fotônico
Computação óptica
Fibra de cristal fotônico
Holografia
Microfotônica
Nano-óptica
Óptica quântica
Óptica
Optrônica ou Óptica Eletrônica
Periscópio Fotônico
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Uma frase emblemática foi de Henrique Parra,do Portal Cidade Democrática,
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La Fotónica se ha convertido en la 2a revolución, después de que lo
fuera la energía electrónica. Ahora es el "fotón" el nuevo centro de
investigación. La Fotónica es la ciencia que aprovecha la luz y está
presente en todo nuestro entorno, desde el almacenamiento óptico de
datos, telecomunicaciones por fibra óptica, láseres de alta potencia, la
nanofabricación o la energía fotovoltáica entre otras.
