La fotónica es un campo enorme con muchas subdisciplinas, así que haré todo lo posible para resaltarlas todas mientras me expando en las áreas con las que estoy más familiarizado. Si dejo algo afuera, es muy probable porque no sé mucho al respecto, en lugar de que no piense que es importante. Siéntase libre de pedirme que elabore los comentarios, me complacerá expandirlos.
Energía solar
Las áreas de estudio populares incluyen concentradores fotovoltaicos, en los cuales las lentes enfocan la luz en áreas pequeñas. Esto da como resultado voltajes más altos, que tienen menos pérdidas, ya que la disipación de potencia aumenta con la corriente al cuadrado, en lugar del voltaje. Las películas delgadas (tanto orgánicas como no orgánicas) también son áreas calientes en este momento, ya que le permiten construir células solares delgadas y flexibles con propiedades estructurales atractivas.
Fotónica Orgánica y Electrónica
- ¿Puede sugerir un estudio de caso (ejemplo de la aplicación que funcione en la vida real) para sistemas fotovoltaicos residenciales conectados a la red con posibles experimentos que se puedan realizar?
- Transformada rápida de Fourier (FFT): ¿Tiene el ‘FFTW’ un costo de k * N * log_2 (N)?
- ¿Qué sucede cuando se aplica un voltaje mayor que el voltaje nominal a un aparato eléctrico?
- ¿Por qué parpadean las bombillas cuando enciendo electrodomésticos grandes como refrigerador, aire acondicionado, etc.?
- ¿Por qué el voltaje y la frecuencia de corriente alterna (CA) no están estandarizados en todo el mundo?
Existe un gran interés industrial en la tecnología LED orgánica (OLED). Muchos teléfonos celulares nuevos (como el Galaxy S4) ahora usan pantallas OLED, ya que pueden lograr colores más vibrantes y consumir menos energía. Esto se relaciona con la energía fotovoltaica orgánica, semiconductores y transistores que tienen el potencial de funcionar como sensores y circuitos de baja potencia en computadoras futuras. Los LED orgánicos también están comenzando a ver un uso más extendido en la iluminación. (Las lámparas sin LED son altamente ineficientes, con enormes cantidades de energía que se convierten en calor y otras formas de energía electromagnética)
Optoelectrónica
Proyectos como Google Fiber y la iniciativa de Internet.org de Facebook exigen mayor potencia de cómputo y ancho de banda de comunicaciones para los centros de datos. Intel y Facebook anunciaron recientemente una colaboración en futuras tecnologías de rack de centros de datos, como parte del Open Compute Project, en el que están explorando la integración fotónica con los sistemas informáticos electrónicos. Esto requiere realizar numerosas innovaciones en las comunicaciones ópticas, incluidos los láseres de alta potencia, la conformación del perfil del haz láser y las interconexiones ópticas para vincular sistemas ópticos y electrónicos. El área en crecimiento de la fotónica de silicio tiene un alto potencial para impactar esta área, al permitir la integración de sistemas fotónicos con procesos de fabricación CMOS.
Metamateriales
Los metamateriales (MM), materiales diseñados artificialmente con propiedades ópticas casi arbitrarias, han estado recibiendo grandes cantidades de prensa últimamente. Se componen esencialmente de conjuntos de elementos de sub-longitud de onda como resonadores de anillo dividido que colectivamente resultan en propiedades ópticas efectivas (permitividad, permeabilidad) que no ocurren naturalmente. Esto permite comportamientos exóticos como la refracción negativa y las imágenes de sub-longitud de onda más allá del límite de difracción. La mayor parte de la investigación en los últimos años se ha centrado en la ciencia fundamental, pero ahora hay un mayor enfoque en hacer realmente herramientas prácticas de MM. Actualmente están viendo algunas aplicaciones comerciales como antenas de microondas para radio satelital. Los temas candentes actuales incluyen el uso de ópticas de transformación para ocultar objetos de manera más efectiva, el diseño de metasuperficies (lentes esencialmente perfectamente planas) con propiedades de modulación de haz arbitrarias, el desarrollo de MM a escala cuántica, el desarrollo de MM a base de grafeno, el desarrollo de MM dinámicamente ajustables (modificando las propiedades ópticas a través de la óptica bombear, aplicar una polarización de voltaje o cambiar la temperatura del MM), y MM totalmente dieléctricos (sin metales).
Plasmonics
Plasmonics está estrechamente relacionado con MM, ya que muchos MM utilizan materiales plasmónicos, pero merece ser considerado su propio campo distinto. La plasmónica es esencialmente óptica de metal. La óptica de los materiales dieléctricos está muy bien establecida. La respuesta de RF de los metales está muy bien establecida. Pero la respuesta óptica de los metales no lo es. Hay mucho interés en este momento en el uso de nanopartículas metálicas en nanomedicina. Una idea interesante que se está investigando actualmente es unir moléculas de ADN arbitrarias a nanorods de oro e insertarlas en el torrente sanguíneo de una persona. Al hacer brillar un láser en la muestra de sangre a la frecuencia resonante de los nanorods, se liberan las moléculas de ADN. Esta tecnología puede permitir la eliminación selectiva de coágulos sanguíneos y células cancerosas, así como la administración selectiva de medicamentos a regiones particulares del cuerpo de una persona.
Terahercios
El régimen de Terahercios del espectro electromagnético (justo entre las frecuencias de IR y microondas) se ha financiado bien para el estudio científico desde que la obsesión de los Estados Unidos con la seguridad explotó después del 11 de septiembre. Los sensores de Terahercios están en camino de ser utilizados para imágenes no invasivas de “rayos X” y detectores de materiales peligrosos, drogas y explosivos. Son un poco más difíciles de estudiar que el electromagnetismo sobre las frecuencias ópticas, ya que es un poco más difícil encontrar / hacer buenas fuentes de luz THz.