- Термин
- нанофотоника
- Термин на английском
- nanophotonics
- Синонимы
- нанооптика
- Аббревиатуры
- Связанные термины
- фотоника, фотонная интегральная схема, плазмон
- Определение
область науки и техники, связанная с изучением физических явлений, возникающих при взаимодействии фотонов с объектами нанометровых размеров (в масштабе, много меньшем длины волны излучения), а также с практическим применением указанных явлений при разработке оптических наноструктурированных материалов и функциональных устройств на их основе.
- Описание
Определение относится, главным образом, к видимому или ближнему инфракрасному диапазону электромагнитного излучения с длинами волн от 400 нм до 1.2 мкм.
Нанофотоника (НФ) как новая область науки возникла на стыке оптики, лазерной физики, материаловедения, физической химии, физики и химии твердого тела. Предметом изучения НФ является распространение, преобразование, испускание и поглощение оптического излучения в наноструктурах, с целью использования особенностей процессов взаимодействии излучения с веществом при таких масштабах для создания различных функциональных устройств: от систем связи и преобразования информации до биосенсоров и биочипов [1].
Уникальные оптические свойства наноматериалов могут искусственно создаваться и контролироваться. Это обстоятельство определяет самую широкую сферу их возможного применения – компактные фотоэлектрические источники питания; эффективные и перестраиваемые источники света, детекторы, фильтры, волноводы и модуляторы; высокоскоростные чисто-оптические переключатели; сенсоры окружающей среды (химические и биологические); классические и квантовые вычислительные устройства нового поколения; приборы для биофотонной медицинской диагностики и терапии.
Круг задач, решаемых в настоящее время нанофотоникой, можно разделить на несколько тематических разделов [2]:- Метаматериалы и материалы нанофотоники;
- Фотонные кристаллы;
- Плазмоника;
- Оптический захват и манипулирование нанообъектами;
- Изготовление фотонных функциональных устройств;
- Компьютерное моделирование в области нанофотоники;
- Оптоструйная техника.
Основными методами и инструментами исследования в нанофотонике являются ближнепольная сканирующая оптическая микроскопия, сканирующая туннельная микроскопия c применением возбуждающих фотонов (PASTM, photon-assisted scanning tunnel microscopy) и плазмонная оптика поверхности [3].
К наиболее существенным достижениям нанофотоники, которые, как ожидается, привнесут значимый вклад в научные и инженерные разработки и приведут к существенным инновациям, относятся [4]:- Преодоление оптического волнового предела (дифракционного предела) в электронных приборах, позволяющее обеспечить беспрецедентное пространственное разрешение в приборах с формированием оптического изображения и реальную интеграцию фотонного и электронного функционала. Это подразумевает возможность реализации «оптики на чипе» посредством комбинации нанофотоники и наноэлектроники, что приведет к существенной модернизации во многих областях, от информационных технологий и вычислительных устройств нового поколения до сенсорных систем нового поколения. Кроме того, успех в этом направлении сделает возможным прорыв в области систем формирования изображений и микроскопии, где дифракционные пределы по разрешению смогут быть преодолены во многих значимых приложениях;
- Удержание взаимодействия излучения с веществом на нанометровом масштабе, где квантово-механические эффекты определяют характер этого взаимодействия и приводят к появлению размерно-зависимых новых электрических и оптических свойств. Прогресс в этой области сделает возможным создание широкого класса «квантовых технологий», таких как квантовые вычислительные устройства, квантовая криптография для защищенных коммуникаций, сенсорные системы нового поколения. Другие возможные приложения включают в себя эффективные и перестраиваемые источники света, детекторы и другие оптические элементы с расширенным и реконфигурируемым функционалом.
За последние 15 лет фундаментальная и прикладная наука существенно продвинулась в области исследования взаимодействия фотонов с веществом, контроля единичных фотонов, увеличения эффективности фотонных приборов. В последние годы наблюдается устойчивый рост интереса научной общественности к метаматериалам, фотонным кристаллам и фотоннокристаллическим волокнам, а также к развитию подходов к синтезу интегральных микро- и нанооптических устройств и микро-оптомеханических устройств.
Нанофотонные системы имеют самые широкие перспективы применения как в коммерческих, так и в военных областях [5]:- Всевозможные устройства отображения информации (дисплей портативных устройств, персональных компьютеров, телевизоров и пр.);
- Оптические запоминающие устройства (CD и DVD оптические диски, твердотельные оптические диски);
- Оптоволоконные линии связи между нанофотонными кремниевыми чипами (оптическими чипами), главным образом, для компьютеров и микропроцессоров (новые нелинейные оптические среды, наноструктурированные оптические волокна, фотонные кристаллы);
- Оптические логические устройства – фотонные процессоры и их компонентная база, в том числе оптоэлектронные процессоры и компьютеры с архитектурой, подобной мозгу человека, и стереоскопической системой визуализации информации, подобной зрительному процессу;
- Системы преобразования световой энергии в электрическую (фотоэлектрические преобразователи), электрической в световую (например, светодиоды), а также устройства на их основе;
- Интегрированные сенсорно-диагностические системы для контроля окружающей среды и состояния человека.
- Авторы
- Разумовский Алексей Сергеевич, к. ф.-м. н
- Братищев Алексей Владимирович
- Ссылки
- Лебедев В. Теория и применение нанофотоники // Наука и инновации - № 3 (61), 2008
- Сойфер В.А. Нанофотоника и дифракционная оптика // Компьютерная оптика - т.32, № 2, 2008 - С.110-118
- Nanophotonics / Wikipedia, the Free Encyclopedia - URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Nanophotonics
- Nanophotonics: accessibility and applicability, National Research Council (U.S.)
- Нанофотоника готовится к прорыву / ПОИСК - газета российского научного сообщества, 2007. - URL: http://wwНанофотоника готовится к прорыву / ПОИСК - газета российского научного сообщества, 2007. - URL: http://www.poisknews.ru/2007/10/31/vykhodim_v_svet.html (дата обращения 28.10.2009) w.poisknews.ru/2007/10/31/vykhodim_v_svet.html (дата обращения 28.10.2009)
- Иллюстрации
- Теги
- Разделы
- Оптические сенсоры
Нанофотоника и коротковолновая нелинейная оптика
Фемто- и наносекундная спектроскопия
Зондовые методы микроскопии и спектроскопии: атомно-силовая, сканирующая туннельная, магнитно-силовая и др.
Сенсоры и эффекторы на основе наноматериалов
Системная интеграция нано/микро/макро структур, наноэлектромеханические системы, манипуляторы и актуаторы, нанотехнологии в робототехнике
Методы обработки и формирования структур с прецизионным позиционированием (нанолитография, нанообработка, нанопечать, наноструйная техника и другое)
Нанотехнологии в фотонике и оптоэлектронике, компонентная база и устройства
Нанокристаллы и наночастицы (в том числе квантовые точки)
Наноэлектроника, компонентная база и устройства
Энциклопедический словарь нанотехнологий. — Роснано. 2010.