گروه آموزشی مهندس شکوفه ساتری

فوتونیک

فوتونیک رشته ای است که با علم نور و توسعه کاربردهای آن مرتبط است. تمام جنبه های مربوط به تولید، پردازش، انتقال و تشخیص نور و برهمکنش آن با ماده در مقیاس های طولی مختلف را در بر می گیرد. چندین پدیده علمی جالب و مهم از نظر فناوری به وجود می آیند و حوزه های کاربردی گسترده هستند.

فوتونیک در زندگی روزمره ما

با مهندس شکوفه ساتری

زندگی با فوتونیک - فوتونیک در زندگی روزمره ما -

بیایید نگاهی به نقش‌های فوتونیک در زندگی مدرن ما بیاندازیم

در همه جا از محصولات آشنا گرفته تا علوم پیشرفته دیده می شود.

کاربردها در مترولوژی و سنجش

کاربردها در مترولوژی و سنجش

دومین کاربرد مهم روش‌های ML در آزمایش‌های کوانتومی، استفاده از آن‌ها برای جلوگیری از تمام مشکلات ناشی از توسعه یک مدل نظری است که قادر به توصیف رفتار سیستم کوانتومی در یک محیط پر سر و صدا است. در این سناریو، NN و دیگر الگوریتم‌های ML می‌توانند برای نگاشت ورودی‌ها به خروجی‌ها استفاده شوند که در نتیجه راه‌حلی سریع‌تر و ساده‌تر از یافتن یک مدل صریح ایجاد می‌شود، زیرا آنها توصیف مؤثری را نشان می‌دهند که مستقیماً از داده‌ها آموخته می‌شوند.

در این زمینه، ML یک کاربرد در پروتکل‌های تخمین فاز کوانتومی پیدا کرده است که نشان‌دهنده یک معیار مهم در زمینه اندازه‌شناسی است. پارامتر مورد نظر یک تغییر فاز نوری است که توسط نمونه مورد بررسی، در میان دو حالت مختلف حالت نوری مورد استفاده به عنوان پروب معرفی شده است. وظیفه آزمایش‌های اندازه‌شناسی شامل برآورد چنین فازی با کمترین عدم قطعیت قابل دستیابی است، که دارای یک کران پایینی اساسی است که توسط قوانین مکانیک کوانتومی معرفی شده است، [165-167]، اندازه‌گیری کاوشگر نوری پس از برهمکنش آن با نمونه. برای رسیدن به این هدف، نشان داده شده است که استفاده از منابع کوانتومی نقش اساسی دارد. در واقع، با استفاده از حالت های نوری با ویژگی های غیر کلاسیک، مانند درهم تنیدگی، می توان به حد نهایی دقت اندازه گیری دست یافت.

فوتونیک و هوش مصنوعی

هدف این جلسه ارائه یک نمای کلی از نحوه تلاقی هوش مصنوعی (AI) با فوتونیک از دو منظر متفاوت است:

(1) استفاده از هوش مصنوعی برای فوتونیک: استفاده از شبکه‌های عصبی مصنوعی، یادگیری عمیق، یادگیری ماشین، الگوریتم‌های ژنتیک، استدلال خودکار، رویکردهای بیزی، داده‌های بزرگ، تکنیک‌های بهینه‌سازی پیشرفته برای طراحی معکوس، و سایر پارادایم‌های هوش مصنوعی برای اپتیک یکپارچه، نانوفوتونیک، از راه دور سنجش، طیف‌سنجی، میکروسکوپ، اپتیک کوانتومی، تصویربرداری محاسباتی، پروتکل‌های ارتباطی کوانتومی، واقعیت افزوده و مجازی، و سایر حوزه‌های فوتونیک.

(2) استفاده از فوتونیک برای هوش مصنوعی: استفاده از فناوری فوتونیک برای محاسبات هوش مصنوعی، مانند محاسبات نوری آنالوگ برای هوش مصنوعی، محاسبات مخزن، یادگیری ماشین کوانتومی فوتونیک، شتاب‌دهنده‌های سخت‌افزار فوتونی، محاسبات نورومورفیک، و شبکه‌های عصبی فوتونیک.

گرافن فوتونیک

1. خواص اساسی و ساختار نوار

2. خواص الکترونیکی

3. خواص نوری

4. اپتوالکترونیک

5. خواص نوری غیرخطی ( اپتیک غیرخطی )

6. پلاسمونیک

7. دستگاه های فوتونیک

کتاب گرافن فوتونیک

مفاهیم اساسی، پیشینه نظری، مشاهدات تجربی اصلی، و کاربردهای دستگاه فوتونیک گرافن را با این متن مستقل درک کنید. به طور سیستماتیک و دقیق هر مفهوم و مدل نظری را از پایه توسعه می دهد، خوانندگان را از طریق موضوعات اصلی، از ویژگی های اساسی و ساختار نوار گرفته تا خواص نوری الکترونیکی، نوری، نوری الکترونیکی و غیرخطی، و دستگاه های پلاسمونیک و فوتونیک راهنمایی می کند. ارتباط بین نظریه، مدل‌سازی، آزمایش و مفاهیم دستگاه در سرتاسر نشان داده می‌شود و هر فرآیند نوری از طریق تحلیل الکترومغناطیسی رسمی تجزیه و تحلیل می‌شود. این متن مناسب هم برای خودآموزی و هم برای دوره های یک ترم یا یک چهارم، متن ایده آلی برای دانشجویان و محققین فارغ التحصیل در فوتونیک، اپتوالکترونیک، علوم نانو و فناوری نانو، و فیزیک نوری و حالت جامد است که به سرعت در این زمینه کار می کنند. زمینه در حال توسعه

مفاهیم اساسی، پیشینه نظری و مشاهدات تجربی فوتونیک گرافن را به طور منسجم و منظم توضیح می دهد.

شامل مطالب مقدماتی و توضیحات نظری مورد نیاز برای درک موضوعات پیشرفته است

ارتباط بین نظریه، مدل سازی، آزمایش و مفاهیم دستگاه را نشان می دهد

اجزای فوتونیک یکپارچه بر روی تراشه

ادغام فوتونی

این کمیته فرعی به دنبال ارسال های اصلی مربوط به اجزای فوتونیک یکپارچه بر روی تراشه، مدارهای مجتمع فوتونی، مونتاژ، اتصالات و پردازش سیگنال است. موضوعات مثال شامل موارد زیر است:

اپتوالکترونیک یکپارچه در تراشه و فوتونیک کوانتومی

مدارهای مجتمع الکترونیکی فوتونی

مدارهای یکپارچه فوتونیک برای شبکه های هوش مصنوعی، شبکه های عصبی و محاسبات نورومورفیک

عناصر فوتونیک یکپارچه برای بهبود واقعیت مجازی، واقعیت افزوده، رانندگی مستقل، تشخیص نور و سیستم های اعم

اتصالات نوری و محاسبات نوری

یکپارچگی ناهمگن و پدیده های جدید در اجزای نوری

مدولاتورهای نوری، سوئیچ ها و آشکارسازهای برای فوتونیک های یکپارچه

رزوناتورهای نوری برای ادغام فوتونیک

مدارهای مجتمع فوتونیک در مقیاس بزرگ و یکپارچگی مایکروسیستم

یکپارچه فوتونیک های مایکروویو و پردازش سیگنال فوتونی

زمان کوتاه: تغییرات زمانی برهمکنش نور-ماده باعث افزایش فرامواد فوتونی می شود.

زمان کوتاه: تغییرات زمانی برهمکنش نور-ماده باعث افزایش فرامواد فوتونی می شود.

یک شاخه نوظهور از فوتونیک بر تعاملات نور-ماده در رسانه های متغیر با زمان تمرکز می کند

در سطح مشترک بین دو رسانه، نور تا حدی به سمت عقب به محیطی که از آنجا آمده است منعکس می شود و تا حدودی به محیط مجاور منتقل می شود، مانند پرتو نوری که وارد حوضچه آب می شود. الگوهای موج نوری که از این فرآیندها به وجود می‌آیند را می‌توان با استفاده از فرامواد فوتونیک، که پاسخ‌های الکترومغناطیسی نوظهوری را ارائه می‌کنند که اساساً با واکنش‌های مواد طبیعی متفاوت است، به‌طور مفیدی طراحی کرد.

اما وقتی رابط بین دو ماده را به موقع تغییر دهیم چه اتفاقی می‌افتد؟ به بیان تصویری، اگر ته استخر به طور ناگهانی بلند یا پایین بیاید، چه؟ در مورد اینکه آیا در یک لحظه خاص از زمان، خواص مادی یک محیط فوراً تغییر می کرد - مثلاً از آب به شراب؟ در فصل مشترک بین دو ماده فوتونیک، تکانه نور حفظ می شود، در حالی که انرژی آن بین امواج الکترومغناطیسی و محیط مبادله می شود. با این حال، رابطه علی بین حادثه و میدان های پراکنده اساساً تغییر می کند: هر دو موج پراکنده در این مورد در محیط اصلاح شده منتشر می شوند.

اگر با زرادخانه پدیده های پراکندگی که در چند دهه گذشته در فیزیک امواج آشکار شده است ترکیب شوند، این تفاوت های اساسی بین پراکندگی مکانی و زمانی می تواند منجر به طیف بسیار گسترده ای از مفاهیم و کاربردهای جدید در فوتونیک و همچنین امواج دیگر از جمله امواج صوتی شود. .

در بررسی منتشر شده در Advanced Photonics، یک تیم بین‌المللی مروری جامع از آخرین پیشرفت‌ها در این شاخه جدید و سریع در حال توسعه فوتونیک با تمرکز بر تعاملات نور-ماده در رسانه‌های متغیر با زمان ارائه می‌کند. با شروع از بلوک های ساختمانی اصلی پراکندگی زمانی، آنها طیف گسترده ای از فرصت ها را برای دستکاری موج باز شده توسط اشکال مختلف تغییر زمان بررسی می کنند. آنها به فرآیندهای پراکندگی زمانی متعدد نگاه می کنند تا کریستال های زمان فوتونیک دوره ای و شبه تناوبی را همراه با جهت های جدیدی که توسط این سازه ها برای فیزیک توپولوژیک در حوزه زمان باز می شود، بررسی کنند. آنها در مورد مهندسی ابعاد فرکانس مصنوعی، بهره غیر متقابل، و فرمان قدرت، و همچنین سیستم‌های متغیر زمان غیر هرمیتی، اختلال زمانی، و دستکاری امواج سطحی قابل دستیابی از طریق مدولاسیون زمانی بحث می‌کنند.

این بررسی همچنین رسانه‌های مدوله‌شده مکانی-زمانی را مورد بررسی قرار می‌دهد - سیستم‌هایی که پارامترهای الکترومغناطیسی آن‌ها تحت یک اغتشاش موج‌مانند سیار قرار می‌گیرند - که طیف وسیعی از فرصت‌ها را در طرح‌های فوتونیک غیرمتقابل به توپولوژیکی، مهندسی اشکال زیر نوری و ابرشورایی حرکت مصنوعی، کشش نوری، کشش نوری و تک‌جهت‌ای را امکان‌پذیر می‌سازد. ، و سایر پدیده های ضد شهودی.

این بررسی با برجسته کردن برخی از امیدوارکننده‌ترین پلتفرم‌ها برای ترجمه این مفاهیم فوتونیک با زمان متغیر به تحقق‌ها و کاربردهای تجربی در فوتونیک به پایان می‌رسد. آنها همچنین مسیرها و مواد در حال ظهور را برای دستیابی به مدولاسیون زمانی کارآمد، مانند مواد اپسیلون نزدیک به صفر و متاسطحهای دی الکتریک با شاخص بالا، پلاریتون های چاه کوانتومی، مدولاسیون مغناطیسی نوری، فرامواد چند لایه و مواد دو بعدی برجسته می کنند.

اثرات موجی فوتونیک های متغیر با زمان بسیار گسترده است و بدون شک برای سال های آینده طنین انداز خواهد شد.

تاریخچه رشته فوتونیک