تفاوت اپتیک و فتونیک چیست؟

اپتیک و فوتونیک عباراتی هستند که در کنار هم زیاد شنیده می شوند اما سوالی که به وجود می آید تفاوت و فرق بین اپتیک و فوتونیک است. در این پست این دو حوزه را مقایسه می کنیم.

این دو موضوع در حوزه رشته های فیزیک و مهندسی برق و الکترونیک و مخابرات قرار می گیرند.

خیلی از دانشجویان تفاوت این دو حوزه را نمی دانند و گاهی آنها را جای هم استفاده می کنند و حتی فکر می کنند هر دو یکی هستند.

نکته: این دو عبارت Optics and Photonics خیلی در کنار هم استفاده می شوند و مفهوم کلی و عمومی را می رسانند و حتی نام مجله معروفی نیز هست (Optics and Photonics Journal).

برای خودم هم این سوال مدتها وجود داشت که بلاخره همت کردم و تصمیم گرفتم که یک بار برای همیشه تفاوت دقیق این دو حوزه را بفهمم. برای این کار از منابع مختلفی استفاده کردم که همه را با ذکر منبع در ادامه پست برایتان قرار می دهم:

 

تعریف در کتاب “اصول فتونیک” نوشته Saleh and Teich

اپتیک، حوزه ای قدیمی است که شامل تولید، انتشار، و آشکارسازی نور است. 3 توسعه مهم که در 30 سال اخیر حاصل شده اند باعث افزایش اهمیت آن در فناوری مدرن شده است: اختراع لیزر، تولید فیبرهای نوری با اتلاف پایین، و تولید قطعات اپتیکی نیمه هادی. در نتیجه این 3 توسعه، نظام های جدیدی ظاهر شدند و عبارات های جدیدی برای توصیف این نظام ها ابداع شدند: الکترواپتیک (electro-optics)، اپتوالکترونیک (optoelectronics)، الکترونیک کوانتوم (quantum electronics)، اپتیک کوانتوم (quantum optics)، و فناوری موج نوری (lightwave technology). علی رغم اینکه توافق جامعی درباره کاربرد دقیق این عبارات وجود ندارد، اما اجماعی عمومی درباره معنی شان وجود دارد.

 

الکترواپتیک اساسا برای وسایل اپتیکی استفاده می شود که در آنها اثرات الکتریکی نقش ایفا می کنند (لیزرها، مدولاتور و سوئیچ های الکترواپتیک).

از طرف دیگر، اپتوالکترونیک معمولا به وسایل و سیستم هایی اشاره می کند که ذاتا الکترونیکی هستند اما نور هم در آنها دخیل است (مانند LED ها، LCD ها، و آشکارسازهای نوری آرایه ای).

عبارت الکترونیک کوانتوم با وسایل و سیستم هایی استفاده می شود که اساسا متکی به تعامل نور با ماده هستند (لیزرها و وسایل اپتیک غیرخطی برای تقویت نوری و ترکیب موج).

تحقیقات کوانتوم و ویژگی های منسجم نور در حوزه اپتیک کوانتوم قرار می گیرند.

عبارت فناوری موج نوری برای توصیف وسایل و سیستم هایی استفاده می شود که در مخابرات نوری و پردازش سیگنال نوری استفاده می شوند.

در سالهای اخیر، عبارت فتونیک نیز ابداع شده است. این عبارت منعکس کننده پیونده رو به رشد بین اپتیک و الکترونیک است که با افزایش نقشی که مواد و قطعات نیمه هادی در سیستم های نوری ایفا می کنند شکل گرفته است. الکترونیک شامل کنترل جریان شارژ الکتریکی (در خلاء یا ماده) است؛ فوتونیک شامل کنترل فوتون ها است (در فضای آزاد یا در ماده). این دو نظام به خوبی هم پوشانی دارند چون الکترون ها معمولا جریان فوتون ها را کنترل می کنند و بلعکس، فوتون ها جریان الکترون ها را کنترل می کنند. عبارت فتونیک همچنین منعکس کننده اهمیت ذات فوتونی نور در توصیف عملکرد وسایل نوری زیادی نیز می باشد.

منبع: کتاب  Fundamentals of Photonics نوشته Bahaa E. A. Saleh و Malvin C. Teich.

 

==================================

تعاریف متفرقه دیگر

فوتونیک برای تعریف سیستم های مبتنی بر فیبر یا سیستم های مجمتع چیپی استفاده می شود. درحالیکه اپتیک به آزمایشهای فضای آزاد با استفاده از عناصر نوری اعمال می شود. برای مثال به ترتیب، فوتونیک مجتمع (integrated photonics) و bulk optics.

منبع

 

نقل قول از Geoff Bennett:

((به خاطر داشته باشید که هیچ تعریف اجماع شده ای از این دو عبارت وجود ندارد، و هیچ شخصیت شناخته شده و مسئولی تعریفی از این عبارتها ننوشته و اعلام نکرده.

اپتیک به مفهوم اپتیک کلاسیک اشاره می کند که در آن با نور به صورت یک موج رفتار می شود. درحالیکه در فوتونیک ، نور با نیمه هادی های اکتیو دیدار می کند و بنابراین ذات کوانتومی نور تمایل به غلبه دارد.))

منبع