Fotonika to interdyscyplinarna dziedzina nauki oraz techniki, łącząca dokonania optyki, elektroniki oraz informatyki w celu opracowywania technik oraz urządzeń wykorzystujących promieniowanie elektromagnetyczne (oprócz radiowego) do przenoszenia oraz przetwarzania informacji.
W pewnym sensie da się powiedzieć, że fotonika jest rozwinięciem elektroniki z zastosowaniem fotonów zamiast elektronów. Fotonika jest w dużym stopniu tożsama z optoelektroniką, aczkolwiek fotonika nie ogranicza się tylko do styku elektroniki z optyką, lecz zajmuje się wszystkim co ma związek z fotonami oraz przetwarzaniem informacji.
W szczególności, w obszarze fotoniki leży:
- opracowywanie technik gromadzenia oraz przetwarzania obrazu
- konstruowanie urządzeń pomiarowych wykorzystujących promieniowanie elektromagnetyczne
- opracowywanie technik gromadzenia informacji z użyciem promieniowania elektromagnetycznego
- badania nad optycznymi zamiennikami elementów elektronicznych, które docelowo potrafią doprowadzić do budowy komputera kwantowego.
Geneza powstania [1]
Powstanie oraz rozwój fotoniki było możliwe dzięki wynalezieniu w 1960 roku lasera, rozwinięciu techniki światłowodowej oraz technologii wytwarzania elementów półprzewodnikowych. Za jedną z przyczyn powstania oraz rozwoju fotoniki jako odrębnej dziedziny wiedzy da się upatrywać dążenie do przesyłania informacji z częstotliwością powyżej 300GHz, która uznawana jest za częstotliwość graniczną, z jaką da się przesyłać informację za pomocą elektronu, czym zajmuje się elektronika. Przejście do wyższych częstotliwości wiąże się z użyciem fali o mniejszej długości (fali świetlnej) oraz zmiany nośnika, którym staje się foton.
Korzyści wynikające z zastosowania rozwiązań fotoniki[1]
Wyższe częstotliwości nadawania oraz odbierania sygnału w stosunku do częstotliwości stosowanych w elektronice dopuszczają przesyłanie większej ilości danych w jednostce czasu. Ważną cechą sygnału optycznego jest też niewrażliwość na szumy elektryczne - fala optyczna zauważalnie reaguje tylko na pole elektryczne oraz magnetyczne o dużych natężeniach (zjawiska Faradaya oraz Kerra).
Poza tym rozwiązania fotoniki dopuszczają też wprowadzenie nowych technik przetwarzania informacji dzięki stosowaniu nie tylko modulacji czasowej, jak ma to miejsce w elektronice, ale także modulacji przestrzennej, albo dwóch powyższych jednocześnie. Ostatni wariant dopuszcza aktualnie przesyłanie informacji w trzech wymiarach, za pomocą zmiennego w czasie dwuwymiarowego zbioru bitów, lub, teoretycznie, w czterech wymiarach z wykorzystaniem modulacji czasowej oraz holografii.
Potencjalnie możliwe jest też przesyłanie bitów w wolnej przestrzeni, bez użycia przewodów do kanalizowania każdego bajtu w oddzielnym torze, jednak aktualnie takie rozwiązanie jest ograniczone nierozwiązanymi problemami związanymi z adresowaniem.
Problemy oraz ograniczenia współczesnej fotoniki[1]
Jednym z głównych, wciąż nierozwiązanych problemów, jest budowa odbiorników o odpowiednio krótkim czasie reakcji, co uniemożliwia pełne wykorzystanie możliwości, jakie daje światło w dziedzinie przesyłu informacji. Współczesne lasery oferują możliwość generowania światła o bardzo dużych częstotliwościach fali, jednak nie są odbiorniki zdolne do detekcji amplitudy oraz fazy tak szybko zmieniającej się w czasie fali, wobec czego odbiorniki budowane współcześnie rejestrują zaledwie średnią wartość jej mocy w czasie, który jest wydatnie dłuższy od okresu jej oscylacji.
W przypadku przesyłania informacji w czterech wymiarach (patrz: Geneza powstania) problemem jest niedobór nośnika pamięci holograficznej umożliwiającego odczyt oraz zapis danych, charakteryzującego się odpowiednio krótkim czasem dostępu.
Przypisy
- ↑ 1,0 1,1 1,2 Romuald Jóźwicki, Podstawy inżynierii fotonicznej, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2006, ISBN 83-7207-635-9, s. 11-18
Sprawdź też
Nanofotonika