Realizado por: Claritza Martínez
C.I:29.917.662
Sección: T1
Docente: Yefferson Guerrero Editorial
La fotónica, campo multidisciplinario que involucra el estudio y aplicación de la luz (fotones) en diversas tecnologías y campos, ha transformado radicalmente la manera en que interactuamos con el mundo que nos rodea. Desde su origen con la invención del láser en 1960, la fotónica ha evolucionado de manera exponencial, impactando áreas tan diversas como la medicina, la comunicación óptica, la generación de energía y la fabricación de dispositivos electrónicos. El soporte tecnológico de la fotónica se basa en el desarrollo de dispositivos semiconductores fotónicos, como LED, diodos láser, fotodiodos, células fotovoltaicas y cristales líquidos. La fibra óptica con bajas pérdidas y distorsión, así como el desarrollo de circuitos fotónicos para conmutación, modulación, computo y memoria, son fundamentales para la implementación y avance de la fotónica. En la actualidad, la velocidad de transmisión y el ancho de banda en la tecnología optoelectrónica están limitados por la electrónica del enlace, sin embargo, el desarrollo de circuitos fotónicos ha contribuido a superar estas limitaciones. Además, se vislumbran futuros arreglos de nano antenas para aplicaciones específicas, así como avances en la tecnología de solitones y la construcción de pantallas planas. La fotónica ha modificado radicalmente las mediciones médicas y ha ampliado las oportunidades para los diseñadores en el campo de la medicina. La luz láser interactúa con las vibraciones moleculares, permitiendo identificar moléculas a través de la espectroscopia Raman. Además, la fotónica se utiliza en microscopía y holografía, revolucionando la forma en que se realizan mediciones y diagnósticos en el ámbito médico. El futuro de la fotónica se presenta emocionante, con continuos avances y la exploración de nuevos materiales que prometen seguir transformando diversas áreas de la ciencia y la tecnología. La fotónica no solo representa la vanguardia de la innovación, sino también la promesa de un mundo de posibilidades infinitas.
Portada…………………………………………………………………………………………………………………………………….…..1
Editorial…………………………………………………………………………………..…………………………………………………..2 dirECtorio………………………………………………………………………………..…………………………………………………..4 iNtroduCCióN ……………………………………………………………………………………………………………………………..5 la FotóNiCa………………………………………………………………………………………………………………………………….7 origEN dE la FotóNiCa………………………………………………………………………………………………………...……...7 EstimaCióN dE la FotoNiCa…………………………………………………………………………………………………………7 soPortE dE la FotóNiCa……………………………………………………………………………………………………………...7 ENlaCE óPtiCo tíPiCo aCtual dE tECNología oPtoElECtroNiCa…………………………………….……..8 amPliFiCador oPtiCo……………………………………………………………………………………………………………..…..8 traNsistor óPtiCo……………………………………………………………………………………………………………………...8 ComPuErtas lógiCas óPtiCas……………………………………………………………………………………………………..8 ComPutadorEs óPtiCos………………………………………………………………………………………………………………9 la vEloCidad dE traNsmisióN y El aNCho dE baNda………………………………………………………………9 Futuros arrEglos dE NaNo aNtENas………………………………………………………………………………………...9 solitóN………………………………………………………………………………………………………………………………………...9 CoNstruCCióN dE PaNtallas PlaNas…………………………………………………………………………………………9 aPliCaCioNEs y Futuro……………………………………………………………………………………………………………..10 avaNCEs y NuEvos matErialEs………………………………………………………………………………………………….10 mEdiCiNa…………………………………………………………………………………………………………………………………….10 miCrosCoPía………………………………………………………………………………………………………………………………10 holograFia……………………………………………………………………………………………………………………………….10 CoNClusióN ……………………………………………………………………………………………………………………………....11 CrEditos……………………………………………………………………………………..........................................................................12 CoNtraPortada………………………………………………………………………………………………………………………..14
E-book
rEPubliCa bolivariNa dE vENEZuEla
uNivErsidad biCENtENaria dE aragua viCErrECtorado aCadEmiCo
EsCuEla dE iNgENiEria dE sistEmas
Editor
ClaritZa martíNEZ
rEdaCCióN
ClaritZa martíNEZ disEño
ClaritZa martíNEZ
CoordiNaCióN gENEral
yEFFErsoN guErrEro
Volumen 18, Número 1, Año 2024
En el presente E-book referente a la unidad numero 4 sobre “Interconexión de redes” encontraran una serie de datos y ejemplos relacionados a la fotónica que es una disciplina en constante evolución que abarca una amplia gama de aplicaciones, desde la tecnología cotidiana hasta la medicina y la generación de energía. Su impacto se extiende a campos como la microscopía, la holografía , la comunicación óptica, y su continua evolución promete seguir transformando diversas áreas de la ciencia y la tecnología.
La Fotónica
Es el estudio y aplicación de la generación, detección, manipulación de fotones y la partícula elemental de la luz. La fotónica tiene aplicaciones en diversas áreas, incluyendo la tecnología de comunicaciones, la computación cuántica, la medicina, la energía y muchos otros campos.
Origen de la fotónica
El origen de la fotónica se remonta a las décadas de 1960 y 1970, con el desarrollo de las primeras fuentes de luz de semiconductor y la fibra óptica. El término "fotónica" pasó a ser de uso común en la década de 1980, cuando los operadores de redes de telecomunicaciones adoptaron la transmisión de datos por fibra óptica. En esa época, el término se utilizaba ampliamente en los Laboratorios Bell, y su uso se confirmó cuando la Sociedad de Láseres y Electro-óptica del IEEE estableció una revista de archivo llamada Photonics Technology Letters a finales de la década de 1980.
Estimación de la fotonica
esta ciencia se encuentra presente en multitud de facetas de nuestra vida, siendo productos fotónicos desde una cámara de video, un lector de códigos de barras, hasta el sistema láser más complejo que se pueda encontrar en un laboratorio de investigación. La fotónica abarca la generación, emisión, transmisión, modulación, procesado de señal, conmutación, amplificación y detección de luz, cubriendo todas sus aplicaciones técnicas en el espectro desde ultravioleta pasando por visible hasta el infrarrojo cercano, medio y lejano. La mayor parte de aplicaciones está en visible e IR cercano.
Soporte de la Fotónica:
El soporte de la fotónica abarca una amplia gama de tecnologías y aplicaciones. La fotónica se beneficia del desarrollo del láser, la óptica no lineal, dispositivos semiconductores fotónicos, como LED, diodos láser, fotodiodos, entre otros, así como de la fibra óptica con bajas pérdidas y distorsión. Este soporte tecnológico permite mantener la información en el dominio óptico, lo que proporciona sistemas más eficientes, sin interferencias, de menor costo, más livianos y compactos. Además, la fotónica ofrece ventajas sobre las interconexiones eléctricas, como inmunidad a la interferencia electromagnética, ausencia de cortocircuitos y bajas pérdidas de transmisión.
Enlace óptico típico actual de tecnología optoelectrónica: Un enlace óptico típico en la tecnología optoelectrónica implica la transmisión de información a través de la luz, utilizando dispositivos optoelectrónicos que combinan la óptica y la electrónica. Estos enlaces pueden incluir la transmisión de datos a través de fibras ópticas, el acoplamiento de diferentes longitudes de onda en una fibra mediante un acoplador óptico, y la detección de luz para la transmisión de información. La optoelectrónica es el nexo de unión entre los sistemas ópticos y electrónicos, y sus componentes están directamente relacionados con la luz. Esta tecnología tiene aplicaciones en una amplia gama de campos, incluyendo las comunicaciones, la energía, la medicina, la seguridad y la industria aeroespacial.
Amplificador óptico:
El amplificador óptico es un dispositivo utilizado en comunicaciones ópticas para amplificar señales transmitidas a través de fibras ópticas. Existen varios tipos de amplificadores ópticos, incluyendo amplificadores de fibra dopada con erbio (EDFA), amplificadores Raman y amplificadores ópticos semiconductor (SOA). Estos dispositivos son fundamentales para compensar las pérdidas de señal en largas distancias de transmisión óptica, permitiendo así la transmisión de datos a largas distancias sin degradación significativa de la señal.
Compuertas Lógicas Ópticas:
Las compuertas lógicas ópticas son dispositivos fundamentales en la computación y las comunicaciones ópticas. Estas compuertas son circuitos electrónicos que realizan operaciones lógicas binarias, como suma, multiplicación, negación, afirmación, inclusión o exclusión, y generan una salida booleana en respuesta a las operaciones realizadas con sus entradas. Las compuertas lógicas ópticas pueden ser aplicadas en diversas áreas de la ciencia, como la mecánica, hidráulica o neumática.
Existen diferentes tipos de compuertas lógicas, como AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR, las cuales pueden ser conectadas entre sí para obtener nuevas funciones. Estos dispositivos lógicos se encuentran implementados con transistores y diodos en un semiconductor, actualmente pueden encontrarse en formas de circuitos integrados lógicos. Además, es posible simular compuertas más complejas mediante compuertas más sencillas, todas con tablas de verdad que explican su comportamiento en función de los valores booleanos de sus entradas. Los amplificadores ópticos son ampliamente utilizados en sistemas de comunicaciones ópticas, desempeñando funciones como amplificador de potencia (conocido como "Booster"), amplificador de línea y preamplificador. Su aplicación es crucial en enlaces ópticos que utilizan sistemas de comunicaciones ópticas por división densa de longitud de onda (DWDM), donde la amplificación debe ser lo más uniforme posible en todos los canales en los que opera el sistema.
Transistor óptico:
Los transmisores ópticos son dispositivos fundamentales en las comunicaciones ópticas, ya que convierten señales eléctricas en señales ópticas para su transmisión a través de fibras ópticas. Estos transmisores pueden operar a diferentes longitudes de onda, como 1310 nm o 1550 nm, y con diferentes potencias de salida. Además, existen transmisores ópticos específicos para aplicaciones como GPON (Red Óptica Pasiva Gigabit) que proporcionan imágenes de alta calidad y una señal de larga distancia de transmisión en televisión, con estabilidad de la potencia de salida del láser a través de un control de temperatura preciso.
Las compuertas lógicas ópticas son componentes fundamentales en la electrónica digital y juegan un papel crucial en el procesamiento y la manipulación de la información digital. Son el corazón de los circuitos lógicos y son esenciales para el funcionamiento de los sistemas digitales modernos.
Computadores ópticos:
Los computadores ópticos representan una evolución en la tecnología informática. Actualmente, la mejor alternativa encontrada es la transmisión óptica, que permitiría que los computadores funcionen a la velocidad de la luz. Esto implica el reemplazo de los cables de cobre por haces de láser, lo que posibilita la transferencia de información a una velocidad asombrosa. La tecnología de computadores ópticos utiliza fuentes de luz en lugar de electrones para enviar señales, lo que ofrece ventajas significativas en términos de velocidad y eficiencia. Además, se han realizado avances significativos en la integración de componentes ópticos en los computadores tradicionales, lo que sugiere un futuro prometedor para la computación óptica en el ámbito comercial. Se espera que los computadores ópticos ofrezcan una mayor durabilidad y una velocidad de procesamiento significativamente más rápida que los sistemas informáticos actuales. Aunque los verdaderos computadores ópticos aún no son una realidad cotidiana, los avances en esta área muestran que estamos cada vez más cerca de presenciar el inicio de esta era .
La velocidad de transmisión y el ancho de banda:
El ancho de banda se refiere a la cantidad de datos que se pueden transmitir en un período de tiempo fijo, y se mide en bits, kilobits, megabits o gigabits por segundo. Por otro lado, la velocidad de transmisión se refiere a la rapidez con la que se pueden comunicar dos dispositivos digitales mediante un sistema de transmisión de datos, también representada en bits por segundo. Es importante destacar que el ancho de banda no es lo mismo que la velocidad de transmisión, ya que el primero indica la capacidad de transmisión en un momento dado, mientras que la segunda indica la velocidad a la que se transmiten los datos.
Futuros Arreglos de Nano Antenas
Los avances en la tecnología de antenas están llevando al desarrollo de futuros arreglos de nano antenas con estructuras complejas que absorben todas las microondas, excepto para una estrecha banda de longitudes de onda para la cual la radiación se propaga, con características invertidas respecto a los medios ordinarios.
Además, se están investigando nano-antenas que podrían ser útiles para la computación cuántica y la criptografía cuántica, ya que pueden transmitir luz en una sola dirección. Estas nano-antenas utilizan litografía de haz de electrones para crear elementos muy pequeños de oro sobre un sustrato de vidrio, resonando a frecuencias muy altas en el rango de los terahercios para emitir luz a longitudes de onda de alrededor de 800 nanómetros (luz infrarroja).
Solitón
Un solitón es un fenómeno que se refiere a una onda solitaria, es decir, una onda localizada que mantiene su forma y velocidad mientras se propaga con una velocidad constante. Este fenómeno fue descrito por primera vez en 1834 por John Scott Russell, quien observó una onda solitaria en el Canal de la Unión en Escocia. Este tipo de onda fue reproducido en un tanque de ondas y nombrado como la "Ola de Traducción". El término "solitón" fue acuñado por Zabusky y Kruskal para describir soluciones propagantes localizadas y fuertemente estables a la ecuación de Korteweg-de Vries, la cual modela ondas del tipo observado por Russell.
Construcción de pantallas planas:
La construcción de pantallas planas ha experimentado avances significativos en las últimas décadas. La mayoría de las pantallas planas de la era actual utilizan tecnologías LCD y/o LED, lo que les permite ser delgadas, livianas y capaces de ofrecer una mayor resolución que los televisores convencionales de épocas anteriores. Estas pantallas planas suelen ser retroiluminadas y utilizan filtros de color para mostrar los colores. En el pasado, los televisores utilizaban tecnología de tubo de rayos catódicos, pero desde finales de la década de 1990, los televisores de pantalla plana han dominado el mercado debido a su calidad de imagen y tamaño compacto.
Aplicaciones y futuro:
Las aplicaciones móviles han experimentado un crecimiento significativo en el tiempo de uso, con un aumento del 117% en el tiempo de uso de aplicaciones móviles durante el año 2016, según un informe de Flurry Analytics. A pesar de este crecimiento, se prevé una ralentización general y un mayor uso de aplicaciones de mensajería y redes sociales en detrimento de otros tipos de aplicaciones. En cuanto al futuro de las aplicaciones móviles, se espera que las aplicaciones móviles del futuro se conviertan en el centro del mundo, permitiendo a los usuarios estar conectados y al tanto de cualquier tipo de información en tiempo real. Se prevé que los dispositivos móviles se transformen completamente, utilizando cámaras y sensores para mejorar la forma en que nos movemos, interactuamos con los demás y monitoreamos nuestra salud.
Avances y nuevos materiales:
Los avances en materiales tecnológicos han sido fundamentales para el desarrollo de diversas aplicaciones en la actualidad. En el siglo XX, el uso del silicio ha sido crucial para los avances tecnológicos, y en el siglo XXI, se ha observado el desarrollo de un amplio grupo de materiales con propiedades físicas, químicas y morfológicas diversas, que han encontrado aplicaciones en campos como la medicina, la construcción sostenible y la industria textil. En el ámbito de la construcción, se han creado materiales sintéticos innovadores que son más ligeros, resistentes y respetuosos con el medio ambiente que los materiales tradicionales. Estos avances han facilitado la construcción, haciéndola más eficiente y sostenible. Además, se han desarrollado materiales con propiedades sorprendentes, como el aluminio transparente, que destaca por su resistencia superior a las aleaciones actuales y su maleabilidad, lo que permite la creación de diversas formas.
Medicina:
La medicina es la ciencia que permite prevenir, diagnosticar y tratar las enfermedades del cuerpo humano. También se utiliza como sinónimo de medicamento, que es la sustancia que permite prevenir, aliviar, curar las enfermedades o sus secuelas. La medicina, junto con la farmacia, la enfermería y otras disciplinas, forma parte del grupo de las ciencias de la salud, dedicadas al diagnóstico, la prevención y el tratamiento de las enfermedades.
Microscopía:
La microscopía es una herramienta fundamental en diversos campos, desde la investigación científica hasta la medicina y la industria. Permite la observación de objetos a una escala microscópica, revelando detalles que son invisibles al ojo humano. Existen varios tipos de microscopía, cada uno con sus propias aplicaciones y capacidades siendo estos:
Microscopía Óptica
Microscopía Electrónica
Microscopía de Fuerza Atómica
Microscopía Confocal
Holografia:
La holografía es una técnica que permite la creación de imágenes tridimensionales utilizando la interferencia de la luz. A diferencia de una fotografía convencional, que captura una imagen bidimensional, un holograma registra tanto la amplitud como la fase de la luz, lo que permite recrear una imagen tridimensional cuando se ilumina con luz adecuada. Tiene diversas aplicaciones en campos como el arte, la ciencia, la medicina, la seguridad y el entretenimiento.
Tras el análisis, podemos deducir que la fotónica surge como una tecnología clave para el desarrollo económico futuro, contribuyendo a abordar retos globales actuales, como el desarrollo sostenible, la generación de "energía limpia”, la mejora de la salud y el bienestar de las personas. Además, que se estima que es una tecnología fundamental para la vida moderna y el crecimiento económico, habilitando otras tecnologías clave, como la fabricación de alta precisión avanzada. En la fotónica, se busca tener el menor ancho de espectro posible y se persigue la mayor potencia óptica. El amplificador óptico, como el amplificador de fibra dopada con erbio (EDFA), es un componente clave en los sistemas fotónicos. Además, se están desarrollando futuros arreglos de nano antenas, que absorben todas las microondas salvo para una estrecha banda de longitudes de onda para la cual la radiación se propaga, con características invertidas respecto a los medios ordinarios. En otro orden de ideas el enlace por fibra óptica permite un ancho de banda mayor que el de cable coaxial, lo que es crucial para satisfacer la creciente demanda de ancho de banda en la red de Internet. Mientras que la velocidad de transmisión y el ancho de banda están limitados por la electrónica del enlace, esto es posible debido al desarrollo del láser y la óptica no lineal, dispositivos semiconductores fotónicos, fibra óptica con bajas pérdidas, distorsión, y el desarrollo de circuitos fotónicos para conmutación, modulación, cómputo y memoria. Por otro lado, un ejemplo de amplificador óptico es el amplificador de fibra dopada con erbio (EDFA), que es un componente clave en los sistemas fotónicos. Mientras que los transistores ópticos son parte de la tecnología fotónica además que se utilizan para crear y regenerar señales ópticas en los sistemas fotónicos. De manera similar las compuertas lógicas ópticas son componentes fundamentales en la computación óptica, permitiendo el procesamiento de señales ópticas en sistemas fotónicos. Así como los computadores ópticos son una aplicación importante de la tecnología fotónica, aprovechando las propiedades de la luz para el procesamiento de información de manera más eficiente que los computadores tradicionales basados en electrónica. Es importante mencionar que la fotónica continúa avanzando con el desarrollo de nuevos materiales y tecnologías, lo que promete avances significativos en campos como la medicina, la microscopía y la holografía. Además que tiene aplicaciones en una amplia gama de campos, desde la electrónica de consumo diario hasta la salud, la industria manufacturera, la tecnología aeroespacial y el entretenimiento. Se espera que su influencia siga creciendo en el futuro, con avances significativos en áreas como la medicina, la microscopía y la holografía.
Editorial Martínez
disEño dE Portada
Claritza Martínez
ColaboradoEs Fabiánnp257
https://es.scribd.com/presentation/134792329/Generacion-de-Distribuciones bookdown.org
https://bookdown.org/content/944ffa0f-050e-47cb-afaa-4dff15a9ed00/distribuciones-continuas.html
Dr. Antonio Manuel Díaz Sorianohttps://www.uco.es/ciencias/es/la-fotonica-en-el-siglo-xxi-nuevas-formas-de-moldear-la-luz#:~:text=La %20Fot%C3%B3nica%20es%20una%20ciencia,%C3%BAltimo%20cuarto%20del%20siglo%20XX.
Int. J. Morphol
https://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0717-95022010000400034 ainia.es
https://www.ainia.es/ainia-news/dia-internacional-fotonica-aplicaciones-sector-salud-agroalimentario/ sherleygama81
https://es.slideshare.net/slideshow/tecnologia-26834121/26834121 disete
https://disete.com/diferencias-entre-ancho-de-banda-y-velocidad-de-transmision/#:~:text=El%20ancho %20de%20banda%20es%20el%20flujo%20de%20bits%20de,aumentar%20el%20ancho%20de%20banda fiber-optical-transceivers.
https://www.fiber-optical-transceivers.com/info/what-is-optical-amplifier-and-how-many-types-o41535103.html
Volumen 18 Número 1 Año 2024