La fotonica è una branca dell'ottica che studia il modo di controllare la propagazione dei singoli fotoni, che compongono la luce. È una disciplina strettamente collegata all'ottica quantistica che studia il trasporto dei fotoni con modelli quali l'equazione di Boltzmann e la gerarchia BBGKY. In effetti non esiste una linea di demarcazione netta fra fotonica, ottica quantistica e microfotonica.
La fotonica così com'è conosciuta oggi nasce nel 1960 con l'invenzione dei laser e, negli ultimi anni, ha conosciuto un notevole sviluppo dovuto alla scoperta dei cristalli fotonici.
La fotonica ha contribuito a invenzioni e tecniche come il computer ottico (a cui è correlata la fotonica neuromorfica) e l'imaging fotoacustico, detto anche tomografia fotoacustica.
Specializzazioni e campi interdisciplinari Alcune delle specializzazioni della fotonica sono:
la nanofotonica (detta anche "nano-ottica"), una branca delle nanoscienze che studia l'interazione tra luce e materiali strutturati su scala nanometrica la fotonica topologica, che consiste nell'applicazione della topologia alla fisica dei materiali per studiare il flusso di luce la fotonica del silicio, che studia il silicio come medium ottico la plasmonica, che studia la propagazione della luce tramite l'uso di strutture detti "plasmoni di superficie", che hanno la capacità di manipolare la luce alla nanoscala la fotonica è alla base sia dell'optoelettronica che di una sua specializzazione, la polaritonica.
La fotonica è anche alla base della biofotonica, una scienza interdisciplinare che studia l'effetto della luce sui tessuti biologici e cellule con lo scopo finale di contribuire alla teranostica, cioè a migliorare la diagnosi e trattamento di alcune malattie; la biofotonica dunque unisce la biologia e la fotonica. La nanobiofotonica è la specializzazione della biofotonica alla nanoscala, per cui rappresenta il punto d'incontro della nanobiologia e della nanofotonica.
Infine, la fotonica è alla base della fotonica neuromorfica, una specializzazione dell'ingegneria neuromorfica, dunque un punto di incontro tra ingegneria, informatica e neuroscienze.
Pubblicazioni periodiche (in inglese) Photonics Spectra Laser Focus World Computer fotonico
Storia
Il termine "Fotonica" deriva dall'antica parola greca "phos", che significa luce; è comparso alla fine degli anni '60 per descrivere un campo di ricerca il cui obiettivo fosse di usare la luce per eseguire funzioni che tradizionalmente ricadevano nel dominio dell'elettronica, come ad esempio le telecomunicazioni e l'elaborazione delle informazioni.
Un primissimo esempio dell'uso della parola si ritrova in una lettera, datata Dicembre 1954, scritta da John W. Campbell a Gotthard Gunther :
La fotonica è nata, come campo di studio, con l'invenzione dei maser e dei laser tra il 1958 e il 1960. Di seguito vi sono stati altri sviluppi: il diodo laser negli anni '70, le fibre ottiche per la trasmissione di informazioni, e l'amplificatore in fibra drogata con erbio. Tali invenzioni hanno poi costituito la base per la rivoluzione delle telecomunicazioni avvenuta verso la fine del XX secolo, e hanno fornito l'infrastruttura per Internet.
Il termine fotonica è diventato di uso comune soltanto negli anni '80 (sebbene fosse stato coniato prima), quando gli operatori delle reti di telecomunicazioni hanno adottato la tramissione di informazione in fibra ottica. All'epoca, il termine è stato usato ampiamente presso i Bell Laboratories. Il suo utilizzo è stato confermato quando la IEEE Lasers and Electro-Optics Society ha fondato una rivista d'archivio chiamata Photonics Technology Letters alla fine degli anni '80.
Nel periodo che ha poi portato al crollo delle dot-com iintorno al 2001, la fotonica era un settore di ricerca incentrato principalmente sulle telecomunicazioni ottiche. Tuttavia, la fotonica copre al giorno d'oggi una grande gamma di applicazioni scientifiche e tecnologiche, come ad esempio la produzione di laser, il rivelamento in campo biologico e chimico, la diagnostica e la terapia medica, la tecnologia dei display, e il calcolo ottico.
Note
Voci correlate Nanofotonica Computer ottico
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