Photonics

광학은 빛의 연구와 관련된 광범위한 주제를 다루는 물리학의 일반 분야입니다. 광학에는 기하광학, 물리광학, 양자광학 등의 하위 분야가 포함됩니다. 포토닉스는 광학 분야의 하위 집합입니다.

고전 광학이라고도 하는 기하 광학은 주로 렌즈, 거울, 프리즘과 같은 장치를 사용하여 빛을 조작하는 것과 관련이 있습니다. 기하 광학에서 빛은 광선 근사를 사용하여 모델링됩니다. 광선 근사에서 빛의 파면은 광선의 집합으로 근사화되며, 각 광선은 빛의 파면에 수직이며 시스템을 통과하는 에너지 흐름을 나타냅니다. 기하 광학의 대표적인 응용 분야로는 카메라의 결상 렌즈가 있습니다.

물리 광학은 파동성이 지배적인 빛에 대한 분야입니다. 물리 광학에서는 간섭 및 회절 효과를 고려해야 하므로 광선 근사는 유효하지 않습니다. 물리 광학은 빛의 입자성으로 인한 효과를 포함하지 않는 경향이 있습니다. 물리 광학의 대표적인 응용 분야는 홀로그램 이미지 제작입니다.

양자 광학은 빛의 입자성 또는 양자성이 중요한 빛 현상을 연구하는 분야입니다. 양자 광학과 포토닉스는 밀접한 관련이 있지만 양자 광학은 이론적인 경향이 강하고 포토닉스는 실제 응용 분야 설계와 더 관련이 있습니다. 양자 광학의 대표적인 연구 분야는 LED 내부의 p-n 접합에서 빛이 생성되는 물리학에 대한 이론적 연구입니다.

우리는 포토닉스 혁명의 시작점에 서 있습니다. 포토닉 디바이스는 일상 생활에 보편화되었지만 눈에 잘 띄지 않는 경우가 많습니다. LED와 레이저 다이오드와 같은 광원은 빛을 만들어야 하는 수많은 분야에 사용되고 있습니다. 이러한 디바이스는 상대적으로 저렴하고 매우 가볍고 컴팩트하며 사용 가능한 수명이 길고 매우 견고합니다. 또한 이러한 고체 광원은 기존의 광원에 비해 발열과 전력 소모가 적습니다. LED는 에너지와 교체 비용을 크게 절감할 수 있기 때문에 대체 원천 기술로 널리 사용되고 있습니다.

 포토닉스는 고속 데이터 통신, 첨단 감지 및 이미징 응용 분야를 위한 디바이스, 시스템 및 집적 회로를 설계하고 제조하는 데 있어 점점 더 큰 기회를 제공합니다. 포토닉 기술은 데이터 전송을 위한 전력 소비를 줄이고 여러 영역에서 초고감도 감지 기능을 통해 수 배의 속도 향상을 약속합니다.

 CMOS 이미지 센서(CIS)와 같은 포토닉 기반 검출기는 사진을 찍는 방식을 변화시켰으며 이미지 캡처 매체로서 필름을 거의 대체했습니다. CIS는 작고 견고하며 가볍다는 점에서 고체 광원과 동일한 이점을 공유합니다. 기존 필름에 비해 가장 큰 장점 중 하나는 감광도가 높고 크기가 작다는 점입니다. 따라서 훨씬 더 작은 광학 장치로 검출기에서 사용 가능한 이미지를 생성할 수 있습니다. 덕분에 휴대폰부터 자동차에 이르기까지 모든 제품에 소형 고화질 카메라가 탑재될 수 있었습니다.

광원 및 검출기를 빛을 조작하는 다른 수단과 결합함으로써 포토닉스 엔지니어들은 광섬유 통신, 스캐너, 의료 기기, 농업 발전 및 기타 다양한 응용 분야를 통해 디지털 세상을 변화시켰습니다.

포토닉스 엔지니어는 다양한 응용 분야에 사용되는 광 소자, 회로 및 시스템을 설계합니다. 포토닉스 설계가 직면한 문제의 복잡성으로 인해 포토닉스 엔지니어는 양자 및 물리 광학, 그리고 종종 기하 광학에 대한 완벽한 이해가 필요합니다. 이 작업은 창의적이면서도 까다롭습니다. 포토닉스 엔지니어는 최신 연구와 기술을 따라잡아야 할 뿐만 아니라 제조 가능성의 한계에 대해서도 잘 알고 있어야 합니다.

광소자를 효과적으로 설계하려면 빛의 행동을 모델링할 수 있는 전문적인 소프트웨어를 사용해야 합니다. 포토닉스 엔지니어는 이러한 소프트웨어를 사용하여 설계 중인 시스템의 가상 프로토타입을 구축한 다음 소프트웨어에 내장된 시뮬레이션 툴을 사용하여 빛이 디바이스와 상호 작용할 때의 동작을 분석합니다. 그런 다음 엔지니어는 제작 가능한 패키지에서 원하는 성능을 달성하기 위해 설계를 최적화합니다.