Википедија

Fotonika

Fotonika je naučna oblast koja se bavi prelazom elektronike i fizike, koja izučava predaju, prijem, prenos i obradu informacija pomoću električnih i svetlosnih signala.[1][2] Laseri su otkriveni pre više od 40 godina. Od tog vremena razvoj lasera i laserske tehnike je izuzetno buran i tempo njihovog razvoja se može uporediti još samo sa razvojem i upotrebom nuklearne energije. Institut za fiziku Univerzitet u Beogradu i Srpska akademija nauka uz podršku Centra za promociju nauke[3] organizju ove godine konferenciju Beogradu.

Dispersija svetla (fotona) optičkom prizmom.

Internacionalna škola i konferencija Fotonika se održava svake druge godine u Beogradu, a prvi put je organizovana 2007. Ministarstvo prosvete, nauke i tehnološkog razvoja, i Optičko društvo Srbije je osnovano 2011. u Beogradu. Kopaonik je mesto održavanja radionica koje organizuje Optičko društvo Srbije, a održavaju se svake godine. Evropsko optičko društvo, Međunarodna komisija za optiku i Optičko društvo Amerike daje mogućnost za obrazovanje mladih naučnika i olakšava razmenu novih ideja i znanja za najsavremenija istraživanja u Evropi i šire.

Fotonika 2017. obuhvata predavanja specijalno dizajniranih za studente i naučnike koji počinju istraživanja iz oblasti Optika. Ovaj projekat je namenjen svim mladim naučnicima i studentima koji žele da prošire zananje u ovom polju i pobude obrazovanje mladih naučika. Srbija i širi region, okupiće se preko 170 učesnika iz 23 zemlje, a predavanja o najnovijim dostignućima iz oblasti fotonike održaće Andrea Ferari i Zan Dalibar, koji spadaju u najveće svetske naučnike. Organizatori su Elektrotehnički fakultet Univerzitet u Beogradu, Fizički fakultet Univerzitet u Beogradu; Institut za hemiju, tehnologiju i metalurgiju Univerzitet u Beogradu; Univerzitet u Novom Sadu, Novi Sad; Matematički fakultet Univerzitet u Nišu; Matematički fakultet Univerzitet u Kragujevcu.

Fotonika je prvi put organizovana 2007. godine, kao rezultat potrebe za razmenom znanja i ideja naučnika iz celog sveta. Najveći naučni prodori danas, koji su rezultirali i sa nekoliko Nobelovih nagrada, upravo su iz oblasti fotonike zbog čega ju je EU promovisala u tehnologiju 21. veka. Organizator Fotonika 2017. je Институт за физику, Pregrevica, Zemun.

Primene uredi

 
Morski miš (Aphrodita aculeata),[4] sa šarenim bodljama, izvanredan primer fotonskog inženjeringa živog organizma

Primene fotonike su sveprisutne. Uključene su sve oblasti od svakodnevnog života do najnaprednije nauke, npr. detekcija svetlosti, telekomunikacije, obrada informacija, fotonsko računarstvo, osvetljenje, metrologija, spektroskopija, holografija, medicina (hirurgija, korekcija vida, endoskopija, praćenje zdravlja), biofotonika, vojna tehnologija, laserska obrada materijala, umetnička dijagnostika (uključujući infracrvenu reflektografiju, rendgenske zrake, ultraljubičasta fluorescencija, XRF), poljoprivreda i robotika.

Primena elektronike dramatično se proširila otkako je prvi tranzistor izumljen 1948. godine. Jedinstvene primene fotonike nastavljaju da se pojavljuju. Ekonomski važne primene poluprovodničke fotonske uređaje uključuju optičko snimanje podataka, optičke telekomunikacije, lasersko štampanje (zasnovano na kserografiji), displeje i optičko pumpanje lasera velike snage. Potencijalne primene fotonike su praktično neograničene i uključuju hemijsku sintezu, medicinsku dijagnostiku, komunikaciju podataka na čipu, senzore, lasersku odbranu i energiju fuzije, da navedemo nekoliko zanimljivih dodatnih primera.

Mikrofotonika i nanofotonika obično uključuje fotonske kristale i uređaje u čvrstom stanju.[5]

Pregled fotoničkih istraživanja uredi

Nauka o fotonici uključuje istraživanje emisije, transmisije, pojačanja, detekcije i modulacije svetlosti.

Izvori svetlosti uredi

Fotonika obično koristi izvore svetlosti zasnovane na poluprovodnicima, kao što su svetlosno-emitujuće diode (LED), superluminiscentne diode i laseri. Ostali izvori svetlosti uključuju izvore pojedinačnih fotona, fluorescentne lampe, katodne cevi (CRT) i plazma ekrane. Imajte na umu da dok katodne cevi, plazma ekrani i displeji sa organskim svetlećim diodama generišu sopstvenu svetlost, displeji sa tečnim kristalima (LCD) kao što su TFT ekrani zahtevaju pozadinsko osvetljenje bilo fluorescentnih sijalica sa hladnom katodom ili, danas češće, LED dioda.

Karakteristično za istraživanje poluprovodničkih izvora svetlosti je česta upotreba III-V poluprovodnika umesto klasičnih poluprovodnika poput silicijuma i germanijuma. Ovo je zbog posebnih svojstava III-V poluprovodnika koji omogućavaju implementaciju uređaja koji emituju svetlost. Primeri za sisteme materijala koji se koriste su galijum-arsenid (GaAs) i aluminijum-galijum-arsenid (AlGaAs) ili drugi poluprovodnici. Takođe se koriste u kombinaciji sa silicijumom za proizvodnju hibridnih silicijumskih lasera.

Transmisioni mediji uredi

Svetlost se može prenositi kroz bilo koji providni medijum. Staklena vlakna ili plastična optička vlakna mogu se koristiti za vođenje svetlosti duž željene putanje. U optičkim komunikacijama, optička vlakna omogućavaju prenos na udaljenosti veće od 100 km bez pojačanja u zavisnosti od brzine prenosa i formata modulacije koji se koristi za prenos. Veoma napredna istraživačka tema u okviru fotonike je istraživanje i izrada specijalnih struktura i „materijala” sa projektovanim optičkim svojstvima. To uključuje fotonske kristale, fotonska kristalna vlakna i metamaterijale.

Pojačala uredi

Optički pojačivači se koriste za pojačavanje optičkog signala. Optički pojačivači koji se koriste u optičkim komunikacijama su vlaknasti pojačivači dopirani erbijumom, poluprovodnički optički pojačivači, Ramanovi pojačivači i optički parametarski pojačivači. Veoma napredna istraživačka tema o optičkim pojačavačima je istraživanje poluprovodničkih optičkih pojačivača sa kvantnim tačkama.

Detekcija uredi

Fotodetektori detektuju svetlost. Fotodetektori se kreću od veoma brzih fotodioda za komunikacione aplikacije preko srednje brzih uređaja sa spregnutim punjenjem (CCD) za digitalne kamere do veoma sporih solarnih ćelija koje se koriste za prikupljanje energije od sunčeve svetlosti. Postoje i mnogi drugi fotodetektori zasnovani na termičkim, hemijskim, kvantnim, fotoelektričnim i drugim efektima.

Modulacija uredi

Modulacija izvora svetlosti se koristi za kodiranje informacija o izvoru svetlosti. Modulacija se može postići direktno pomoću izvora svetlosti. Jedan od najjednostavnijih primera je upotreba baterijske lampe za slanje Morzeovog koda. Drugi metod je da se svetlost uzme iz izvora svetlosti i moduliše u spoljašnjem optičkom modulatoru.[6]

Dodatna tema koju pokriva istraživanje modulacije je modulacioni format. Digitalna modulacija amplitude je najčešće korišćen format modulacije u optičkim komunikacijama. Poslednjih godina istraženi su napredniji formati modulacije kao što je fazno pomeranje ili čak ortogonalno multipleksiranje sa podelom frekvencije kako bi se suprotstavilo efektima kao što je disperzija koja degradira kvalitet emitovanog signala.

Biofotonika uredi

Biofotonika koristi alate iz oblasti fotonike za studije biologije. Biofotonika se uglavnom fokusira na poboljšanje medicinskih dijagnostičkih sposobnosti (na primer za rak ili zarazne bolesti),[7] ali se takođe može koristiti za ekološke ili druge primene.[8][9] Glavne prednosti ovog pristupa su brzina analize, neinvazivna dijagnostika i mogućnost rada na licu mesta.

Reference uredi

  1. ^ Yeh 2012, str. 1
  2. ^ Quimby, Richard S. (2006). Photonics and Lasers: An Introduction. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-79158-4. 
  3. ^ „Centar za promociju nauke”. Arhivirano iz originala 27. 04. 2017. g. Pristupljeno 13. 04. 2017. 
  4. ^ „Sea mouse promises bright future”. BBC News. 2001-01-03. Pristupljeno 2013-05-05. 
  5. ^ Hervé Rigneault; Jean-Michel Lourtioz; Claude Delalande; Ariel Levenson (5. 1. 2010). Nanophotonics. John Wiley & Sons. str. 5—. ISBN 978-0-470-39459-5. 
  6. ^ Al-Tarawni, Musab A. M. (oktobar 2017). „Improvement of integrated electric field sensor based on hybrid segmented slot waveguide”. Optical Engineering. 56 (10): 107105. Bibcode:2017OptEn..56j7105A. S2CID 125975031. doi:10.1117/1.oe.56.10.107105. 
  7. ^ Lorenz, Björn; Wichmann, Christina; Stöckel, Stephan; Rösch, Petra; Popp, Jürgen (maj 2017). „Cultivation-Free Raman Spectroscopic Investigations of Bacteria”. Trends in Microbiology. 25 (5): 413—424. ISSN 1878-4380. PMID 28188076. doi:10.1016/j.tim.2017.01.002. 
  8. ^ Wichmann, Christina; Chhallani, Mehul; Bocklitz, Thomas; Rösch, Petra; Popp, Jürgen (5. 11. 2019). „Simulation of Transportation and Storage and Their Influence on Raman Spectra of Bacteria”. Analytical Chemistry. 91 (21): 13688—13694. ISSN 1520-6882. PMID 31592643. doi:10.1021/acs.analchem.9b02932. 
  9. ^ Taubert, Martin; Stöckel, Stephan; Geesink, Patricia; Girnus, Sophie; Jehmlich, Nico; von Bergen, Martin; Rösch, Petra; Popp, Jürgen; Küsel, Kirsten (januar 2018). „Tracking active groundwater microbes with D2 O labelling to understand their ecosystem function”. Environmental Microbiology. 20 (1): 369—384. ISSN 1462-2920. PMID 29194923. S2CID 25510308. doi:10.1111/1462-2920.14010. 

Literatura uredi

Spoljašnje veze uredi

 
Fotonika na Vikimedijinoj ostavi.
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Фотоника&oldid=27674133”