واژهي فوتونیک در طي دهه‌ي اخير و به خاطر شباهت با واژهي الکترونیک ابداع شده است.
همان‌گونه كه ازاين واژه برمي‌آيد اپتيك و الكترونيك (به‌ويژه بخشي از الكترونيك كه به نقش مواد نيمه‌رسانا در سيستم‌هاي نوري مي‌پردازد) در رشته‌ي فوتونيك ارتباطي تنگاتنگ دارند. همان‌طور كه مي‌دانيد الکترونیک با بارهای الكتريكی و فوتونیک با فوتون‌ها سروکار دارد.
فوتونیک و ارتباطات نوری
فوتونیک و فناوری‌های نوری
امروزه نور با روش‌های مختلف زندگی ما را چنان تحت تاثیر قرار داده است که تا چند دهه‌ی پیش حتی به ذهنمان خطور هم نمی‌کرد. نور در آینده نقش‌های مهم‌تری خواهد یافت. از جمله با فراهم كردن مقدمات انقلاب مخابرات فیبر نوری در جهان شرایطی جدید دركاربرد پزشکی، زيست‌فناوري (Biotechnology) ، حس‌گر‌هاي نوری (optical sensing) ايجاد خواهد كرد.
فناوری‌های کلیدی برای قرن آینده:
فوتونيك و فناوری‌های نوری (Photonics and Opticl technologies)
نانوتکنولوژی (Nanotechnology)
زيست‌فناوری (Biotechnology)
اكنون ما در آغاز دیدن ثمره‌ی اکتشافات علمی در سه یا چهار دهه‌ی اخیر هستیم. در دهه‌ي 1960 مطالعه‌ي برخي ويژگي‌هاي منحصر به‌فرد و ناشناخته‌ي نور به ايجاد و توسعه‌ی حوزه‌ي نويني به‌نام لیزر منجر شد. نور هم‌دوس (coherent light) می تواند به روش‌هاي جديدي كه براي نور ناهم‌دوس (Incoherent light) غيرممكن است، هدایت، كانوني و منتشر شود. این ویژگی منحصر به فرد نور لیزر مخابرات فيبرنوري (fiber-optic communications) ، دیسک‌های فشرده (compact disks)، جراحی لیزری و دسته‌ای دیگر از کاربردها را ممکن ساخته است.
کاربردهای نور ناهم‌دوس (incoherent light) نیز به همین فراوانی است؛ سیستم‌های لیتوگرافی نوری (optical lithography) برای الگوسازی تراشه‌های کامپیوتری، میکروسکوپ‌هایی با قدرت تفکیک بالا (high-resolution)، اپتيك انطباقي براي پژوهش‌هاي ستاره‌شناسي كه در زمين انجام مي‌شود و حس‌گرهای امواج فروسرخ برای همه چیز:از دستگاه کنترل از راه دور گرفته تا تجهیزات دید شب ( night-vision) و حتا منبع‌هاي نوري با بازده بالا.
اگرچه دانش اپتيك در زندگی كنوني ما نفوذ و تاثیر به‌سزايی دارد، نقش اصلی و ضروري آن توان‌مند كردن فناوري در سيستم‌هاي بزرگ‌تر است.
اپتيك و فناوری‌های نوری:
اپتيك (optics) رشته‌ای از دانش و مهندسي فناوري‌ها و پدیده‌های فیزیکی‌اي است که با تولید (generation)، ارسال (transmission)، دستکاری (manipulation)، ردیابی (detection)، و به‌کارگیری (utilization) نور مرتبط هستند.
سه پیشرفت بزرگ که در چهل سال اخير سبب پيش‌رفت‌هايي در اين زمينه‌شده‌اند:
•اختراع لیزر
•ساخت فیبرهای نوری با اتلاف کم
•معرفی دستگاه های نیمه رسانا
بر اساس اين ابداع‌ها، رشته‌های علمی زیر به‌وجود آمدند:
الكترواپتيك:Electro-optics عموماً به دستگاه‌های نوری که در آن‌ها پديده‌هاي الکتریکی نقش ایفا
می‌کنند اشاره دارد. (لیزر و تعدیل کننده‌های Electro-optic و سوئيچ‌ها)
اُپتوالكترونيك (Optoelectronics): نوعاً به دستگاه‌هايي اطلاق می شود که ذاتاً الكترونيكي هستند ولي نور هم در آن‌ها به نحوي دخيل است( به‌عنوان مثال مي‌توان دستگاه‌های ساطع کننده‌ی نور و آرايه‌هاي حس‌گر را نام برد).
Quantum electronics: در دستگاه‌هایی که اصول كاركرد آن‌ها به برهم‌كنش ميان نور و ماده مربوط است، استفاده می‌شود.
Quantum Optics: زمينه‌اي از دانش است كه ويژگي‌هاي هم‌دوس بودن و كوانتمي نور را توضیح می دهد.
Lightwave technology: برای توضیح دستگاه‌ها و سیستم‌ها در ارتباط نوری استفاده می شود.
تعریف فوتونیک و فناوری های نوری:
واژهي فوتونیک در طي دهه‌ي اخير و به خاطر شباهت با واژهي الکترونیک ابداع شده است.
همان‌گونه كه ازاين واژه برمي‌آيد اپتيك و الكترونيك (به‌ويژه بخشي از الكترونيك كه به نقش مواد نيمه‌رسانا در سيستم‌هاي نوري مي‌پردازد) در رشته‌ي فوتونيك ارتباطي تنگاتنگ دارند. همان‌طور كه مي‌دانيد الکترونیک با بارهای الكتريكی و فوتونیک با فوتون‌ها سروکار دارد.
اصطلاحات اپتیک (optics) و فوتونیک (photonics) تمايز واضحي از يك‌ديگر ندارند.
حوزه های پر اهمیت در آینده:
اپتيك (optics) در فناوری اطلاعات و مخابرات
•انتقال اطلاعات
•پردازش اطلاعات
•ذخیره ی نوری (optical storage)
•نمايش
اپتيك در مراقبت از سلامتی و علوم زندگی
•عمل جراحی و دارو
•ابزار برای زیست
•زيست‌فناوري
مشاهدات نوری، روشنایی و انرژی
•حس گرهای نوری و سیستم های تصویری
•روشنایی (روشنايي حالت جامد)
•حس گرهای نوری و روشنایی در حمل و نقل
•انرژی (سلول های خورشیدی)
اپتيك برای ارتش و نظام و کاربردهای نظارتی و مراقبتی
•نظارت و مراقبت
•دید شب
•فعالیت سیستم های لیزری در جو و فضا
•سیستم های فيبرنوري
•صفحه‌های رادار (Displays)
اپتيك (optics) در ساخت و تولید
•استفاده از نور برای كاربردهاي صنعتی
•استفاده‌ی نور در علم اندازه‌گیری نوری (optical metrology) برای کنترل ساخت
•کاربردهای خاص صنعتی
•افزایش استفاده از اپتيك در ساخت
فناوری اطلاعات و مخابرات
فناوری اطلاعات طی دهه‌ی گذشته پيش‌رفت فوق‌العاده‌اي داشته است. به‌عنوان مثال، فیبر نوری برای مخابرات در سرتاسر جهان با نرخی برابر 1000 متر در ثانیه کار گذاشته شده است. درست 10 سال قبل، فقط 10 درصد از تمام تماس‌های تلفنی عبور‌کننده از سرتاسر ایالات متحده توسط کابل‌های فیبر نوری حمل می شد؛ در حالي كه اكنون بيش از 90 درصد خطوط انتقالي را فيبر نوري تشكيل مي‌دهد. براي برآورده كردن نيازهاي رايانه‌ها و مخابرات در 10 تا 20 سال آينده بايستي دانش فوتونيك براي انتقال، سوئيچ‌كردن، ذخيره‌ي داده ها و...راه‌حل‌هاي خوبي ارايه كند. در بسياري از اين زمينه‌ها توان بالقوه‌ي پيش‌رفت چشم‌گيري ديده مي‌شود. اگرچه برخي مؤسسه‌ها به اين رشد فزاينده در شبكه‌ي مخابرات پرسرعت جهاني دست یافته اند، هنوز زيرساختارهاي لازم براي فراهم كردن امكان دست‌رسي افراد( مصرف‌كننده‌هاي منفرد) به اين فناوري به‌وجود نيامده‌اند.
در پزشکی اپتيك گستره‌ي وسيعي از درمان‌های نوين را در اختيار پزشكان قرار مي‌دهد؛ اين گستره از جراحی لیزری قلب تا تشخیص زودرس سرطان سینه و مشاهده‌ی گلوکز بدون استفاده از سوزن برای افراد مبتلا به دیابت را در بر مي‌گيرد. اپتيك، ابزارهای پژوهشي‌ي زیستی نويني را برای تصويربرداري، سنجش، تجزیه و تحلیل و دست‌كاري فراهم کرده است. در زيست‌فناوری، وجود لیزرها در سیستم‌های توالي‌يابي sequencing) DNA) ضروری است. اپتيك چنان نقش مهمي در دانش حيات و پزشكي بازي مي‌كند كه سازمان‌هايي كه به اين رشته‌ها مربوط هستند بايد اين پيش‌رفت‌ها را بشناسند و خود را با آن سازگار كنند.
پژوهش‌هايي كه در حوزه ي منابع روشنایی و سیستم‌های پخش نور به کاهش شديد مصرف برق منجر شده‌بود، اكنون به روشنایی اختصاص داده شده است. حس‌گرهای نوري جدید در حال افزایش دادن دید بشر، نمایش جزئیات، آشکاركردن اطلاعاتی که هرگز پیش از این مشاهده نشده بودند، هستند: دوربین‌های فروسرخ که تصاویر ماهواره‌ای از الگوهای ابرها و هوا را فراهم می كند؛ میدان دید در شب برای استفاده از عوامل اجرای قانون؛ ردیاب‌های حرکتی فروسرخ برای امنیت منازل، کنترل فرایند‌هاي صنعتی بر خط (on-line)
دوربین های دیجیتالی با قدرت تفکیک بالا در شرف ایجاد تغییرات اساسی و کامپیوتری کردن عکاسی و چاپ هستند. احتمالاً پیشرفت در زمينه‌ي سلول‌های خورشيدي سبب خواهد شد در اواسط اين قرن نيمي از نياز انرژي در سراسر جهان توسط انرژي خورشيد فراهم شود. این پیش‌رفت‌ها بر مسئله‌ي انرژي و مسائل مربوط به آن در یک مقیاس بین المللی تأثیرخواهد گذاشت.
اپتيك تأثیر اقتصادی قابل توجهي در ساخت، به خصوص از ابتدای ورود لیزرهای قابل اعتماد، ارزان‌قیمت و سیستم تصویربرداری لیزری داشته‌است. امروزه حضور تکنیک‌های نوري در صنایع گوناگون مانند ساخت نیمه رساناها و تولید محصولات شیمیایی قطعی شده است.
سایر کاربردها موارد زیر را شامل می شود:
جوشکاری لیزری ، تولید مدل لیزری، تعمیر لیزری در صفحه‌هاي رادار نیمه رسانا، اعزام کاوش گر تشخیصی برای مشاهده و کنترل فرایندهای شیمیایی، علم اندازه‌گيري (metrology) و حتی سیستم های هدایت لیزری در ساخت تونل ها.
در محدوده ی کاربردهای نظامی، فناوری‌هاي نوري از اجزای ارزان قیمت تا سیستم های پیچیده و گران قيمت، در همه‌جا حضور دارند.
امروزه لیزرها در همه چیز، از هدف گیری و محدوده یابی تا کشتیرانی، مورد استفاده قرار مي‌گيرند.
اپتيك رشته ای فوق العاده پویا و قوی است. کاربرد های متنوع آن ارتباطات مهمي در جامعه را باعث شده‌اند كه همان‌طور كه پيش از اين ديديم زمينه‌هايي مانند مخابرات، پزشكي، انرژي و كاربردهاي نظامي از جمله‌ي آن‌ها هستند.
چشم‌انداز آينده:
پيش‌رفت اپتيك در آینده زندگی ما را دست‌خوش تغيير خواهد كرد ، آن‌چنان كه حتا نمي‌توانيم آن را تصوركنيم. تقریباً در تمام حوزه‌هایی که بیان کردیم، انتظار می‌رود که علم اپتيك موجب تغییر در جهان شود. بی شک آینده، ما را شگفت زده خواهد کرد، اما اکنون چشم‌انداز روشني وجود دارد: در آينده‌اي نه چندان دورهمه‌ي نقاط جهان به‌وسيله‌ي شبكه‌ي مخابراتي پرسرعت فيبر نوري با يك‌ديگر مرتبط خواهند شد و پيش‌رفت‌ها در زمينه‌هاي مختلف دانش و فناوري اپتيك سبب توليد انبوه ابزارها وسيستم‌هاي نوري ارزان‌قيمت و باكيفيت بالا خواهند شد.
این منجر به رشد و پیشرفت ارتباطات پرسرعت داده‌های اینترنتی می شود. در مراقبت سلامتی، پیشرفت روش های نوری برای نظارت بر فرایندهای زيستس انساني تأثیر زيادی در تشخیص و درمان خواهد داشت.
بسیاری ازحوزه های تشخیصی و درمانی پزشکی ونيز پژوهش‌هاي زیست پزشکی (biomedical) و بالا بردن کیفیت زندگی نيز از تأثير پيش‌رفت‌هاي اپتيك به‌وفور بهره خواهند برد.اكنون خطر گرم‌شدن زمين و افزايش حجم گازهاي گل‌خانه‌اي در جو زمين بحراني جهاني به‌شمار مي‌آيد بنابراين ضروري است كه از انرژي عاقلانه تر استفاده کنیم. فناوری‌های بسیار کارآمد روشنايی (high efficient lighting technology) به طور چشم‌گيري انرژی لازم برای روشنایی را كاهش مي‌دهد. سلول های خورشیدی با تولید جريان الكتريكي از نور خورشید از وابستگی ما به سوخت های فسیلی خواهند كاست. در صنعت، حس گرهای نوری و تصويرگرهای فروسرخ انقلابي در کنترل فرایند ساخت و عمل آوری مواد خواهند داشت.
کارخانه‌ها حس‌گرهای نوری را به طور گسترده ای در ساخت همه چیز، از پارچه تا خودرو به کار خواهند گرفت. دوربین های دیجیتالی جایگزین فیلم عکاسی در چاپ و عکاسی خواهند شد. در صنعت الکترونیک که برای ساخت الگوهای مدار در تراشه‌ها به فوتولیتوگرافی وابسته است، تولید طرح‌هایی کوچک‌تر از 0.1 میکرومتر، نیاز به ابزارهای نوری دارند که از اشعه ی ایکس یا حداکثر نور فرابنفش استفاده می کنند.
اپتيك در کشف سلاح های شیمیایی و زیستی استفاده خواهد شد.
این حضور در همه جا و در آن واحد به دردسترس بودن سیستم‌های ارزان قیمت نوری وابسته است
نقش اپتيك در پژوهش‌ها که به‌سرعت در اکثر رشته های مربوط به علم و فناوری ظاهر مي‌شود, در آینده تنها به تصور ما محدود خواهد شد. سیستم های پرقدرت لیزری, امکان ساخت شتاب‌دهنده‌های ذرات را که در آن‌ها حد انرژی ذره در آزمایش‌هاي فیزیک ذرات افزایش يافته است، فراهم می کند. لیزرها, اتم های منفرد را در تله‌هاي نوري دست‌كاري خواهند کرد. آزمایش‌هاي تداخل سنج لیزر می تواند رازهای جاذبه‌ی زمین را حل کند. منابع اشعه یx ابزارهای جدیدی را برای فهم دینامیک مواد فراهم خواهد کرد و ...