¿Qué es la fotónica? – La contribución polaca al universo de la fotónica
La fotónica es la electrónica del siglo XXI. ¿Es realmente así? ¿Cuál es la contribución de Polonia al mundo de la fotónica?
La fotónica es un campo de la ciencia muy amplio, que abarca el desarrollo de técnicas de adquisición y procesamiento de imágenes, la construcción de dispositivos de medición que utilizan radiación electromagnética y el perfeccionamiento de técnicas de procesamiento de imágenes. Si te interesa el tema de la fotónica – ¡Comencemos!
In this article you will learn:
- What is photonics? Definition and principles of photonics
- Application of photonics
- Polish photonics engineer – huge potential and development prospects for the science of photonics
- Polish contribution to the development of the science of photonics
- What to do after photonics graduation? Who is a photonics engineer?
- The best academic centers in Poland where you can study photonics
- Photonics in Poland – where are we?
- Photonic research in Poland
- Integrated photonic systems – what are they?
- What is optoelectronics and where is it used?
- Progress in optoelectronics
- The best job offers only in optoelectronics
¿Qué es la fotónica? Definición y principios de la fotónica
¿Qué es la fotónica? Por definición, es una rama de la física que se ocupa de la luz y las ondas luminosas. Es una ciencia que se encarga de la generación, detección y manipulación de ondas electromagnéticas con longitudes de onda en el rango visible para el ojo humano y más allá. La fotónica es un campo interdisciplinario de la ciencia que combina los logros de la óptica, la electrónica y la informática. En cierto sentido, representa la evolución de la electrónica mediante el uso de fotones en lugar de electrones. Se ocupa de todo lo relacionado con los fotones y la manipulación de la luz.
Definición de fotónica
Otra definición que también podemos citar es: la fotónica es un campo de la ciencia y la tecnología que estudia y utiliza las ondas de luz (fotones) para transmitir y procesar información, así como para controlar diversos procesos físicos. La fotónica es un área interdisciplinaria que combina elementos de la física, la electrónica, la ingeniería, las matemáticas y la informática.
La fotónica investiga diversos aspectos relacionados con la onda luminosa, como sus propiedades, la interacción con los materiales, los fenómenos ópticos y cómo estos fenómenos pueden utilizarse para crear tecnologías avanzadas.
La fotónica tiene un gran potencial para el desarrollo de tecnologías modernas y se utiliza en muchos ámbitos de la vida, como la industria, la medicina, las telecomunicaciones y la ciencia.
Principios de la fotónica – dualidad onda-partícula
Principios de la fotónica en pocas palabras
La luz tiene una naturaleza dual, también conocida como dualidad onda-partícula. ¿Qué significa esto? Que la luz posee tanto la naturaleza de una onda electromagnética continua como la de una partícula (fotón). El tipo de comportamiento que manifiesta la luz depende del tipo de interacción que se observe. Por ejemplo, la luz que se refracta a través de una lente o que se difracta en el borde de un orificio muestra una naturaleza ondulatoria. En cambio, la luz que es generada o absorbida por dispositivos semiconductores, como un diodo láser, manifiesta la naturaleza corpuscular de la luz.
Aplicaciones de la fotónica
¿A qué se dedica la fotónica? – el campo de la fotónica
Tecnologías láser
Fibras ópticas y guías de onda
Detectores ópticos, sistemas fotovoltaicos, cámaras
Computadoras cuánticas
Óptica
Opto-mecánica
Sistemas de iluminación
Microscopía
Pantallas (por ejemplo: OLED, QLED)
Fuentes de luz (por ejemplo: LED)
Espectroscopía y espectrometría
Lista de aplicaciones de la fotónica en las industrias:
Tecnologías de la información y telecomunicaciones – el silicio fotónico se utiliza no solo en redes de telecomunicaciones, sino también en computadoras ópticas, sistemas de infrarrojos o cámaras, y en circuitos integrados fotónicos empleados en redes de telecomunicaciones y computadoras cuánticas
Industria – corte, perforación o grabado láser con mucha mayor precisión y exactitud
Medicina – diagnóstico, terapia, obtención de imágenes de los cambios que ocurren en el cuerpo humano
Industria fotovoltaica – células solares más eficientes
Automoción y robótica – chips fotónicos para la industria automotriz
Agricultura y silvicultura – técnicas fotónicas utilizadas, por ejemplo, para observar y reconocer el estado de las plantas y los animales
Cosmetología – láser fotónico: un dispositivo innovador diseñado para fortalecer y acelerar los tratamientos de cuidado capilar
La fotónica también se utiliza en la aviación y defensa, la construcción y la industria minera.
Ingeniero polaco en fotónica – gran potencial y perspectivas de desarrollo para la ciencia de la fotónica
La fotónica se está convirtiendo en una tecnología clave para la adquisición, el procesamiento y la transmisión de información. Curiosamente, hoy en día su aplicación es muy amplia, y tiene la posibilidad de convertirse en una palanca de desarrollo para muchos otros sectores industriales. Es un campo con gran potencial y con una perspectiva sólida para el desarrollo científico. La fotónica se ha utilizado con éxito en las tecnologías de la información y las telecomunicaciones. En la industria, por ejemplo, el corte, perforado o grabado láser se realiza con mucha mayor precisión y exactitud. A su vez, en la medicina, la resonancia magnética, la tomografía u otras pruebas que permiten un acceso menos invasivo al cuerpo humano son el resultado de un rápido avance tecnológico. Las herramientas quirúrgicas modernas, como las sondas de fibra óptica, representan una gran oportunidad para lograr un avance en la lucha contra el cáncer.
¿Y qué más? La fotónica también incluye la tecnología fotovoltaica, es decir, células solares más eficientes que permiten reducir el consumo de energía. Es un campo que además abre grandes oportunidades de desarrollo para otras industrias como: aviación, defensa, robótica, automoción, construcción, minería, exploración espacial, y también para la agricultura moderna, la silvicultura y la cosmetología.
Contribución polaca al desarrollo de la ciencia de la fotónica
La primera línea de telecomunicaciones por fibra óptica en Polonia se construyó en Lublin. El equipo de investigación del Laboratorio de Tecnología de Fibra Óptica de la Universidad Maria Curie-Skłodowska es considerado el creador de la fotónica polaca basada en fibras ópticas. Fue precisamente allí donde, en 1979, se construyó la primera línea de telecomunicaciones por fibra óptica en Polonia. El gran éxito de los científicos de Lublin inició un desarrollo extremadamente rápido de la tecnología de fibra óptica en todo el país. Hoy en día, muchas instituciones de investigación, tanto en Polonia como en el extranjero, utilizan su experiencia. Varias empresas del sector de la fotónica prosperan en Lublin. Una de ellas es SDS Optic. Sus productos son sensores de fibra óptica para el diagnóstico del cáncer de mama.
Los fundamentos para la construcción del láser fueron establecidos por Albert Einstein, quien formuló la teoría de la emisión estimulada de radiación. Este fenómeno fue observado por primera vez en el dominio de las microondas, lo que sirvió de inspiración para la construcción del láser. El acrónimo LASER proviene del inglés: Light Amplification through Stimulated Emission of Radiation (Amplificación de Luz mediante Emisión Estimulada de Radiación).
Se reconoce ampliamente que el primer láser fue construido por Theodore Maiman, del Hughes Research Laboratory en California, y su invención funcionó por primera vez el 16 de mayo de 1960. Era un láser construido con cristal de rubí. El primer láser polaco se puso en funcionamiento el 20 de agosto de 1963 en la Universidad Militar de Tecnología (WAT), en la Facultad de Electroradiotécnica, en el Departamento de Fundamentos de Radiotécnica, dirigido por el Dr. Zbigniew Puzewicz, Mayor del Ejército.
Microfusión láser
Otra figura interesante que vale la pena conocer es el general Sylwester Kaliski. Profesor de ciencias exactas y comandante-rector de la Universidad Militar de Tecnología, quien a mediados del siglo XX trabajó en el fenómeno de la microfusión láser. La tecnología de microfusión es una fuente muy prometedora de energía térmica y eléctrica limpia, aunque actualmente es más probable la construcción de un nuevo tipo de planta energética basada en la fusión realizada en un campo magnético externo en dispositivos llamados tokamaks.
El método Czochralski permite la extracción de cristales
El polaco que probablemente tuvo la mayor influencia en la fotónica a nivel mundial es el profesor Jan Czochralski. Este especialista en ciencia de materiales y química, nacido el 23 de octubre de 1885 en Kcynia, desarrolló un método para el crecimiento de cristales. Hasta el día de hoy, es comúnmente conocido con su nombre. El método Czochralski permite la extracción (como se llama al proceso de producción de cristales) de cristales utilizados tanto en la electrónica como en la fotónica. Hasta hoy, todos los procesadores y medios activos, es decir, los «corazones» de los llamados láseres de estado sólido, se producen utilizando este método.
La fotónica polaca no es solo historia. Las generaciones modernas de científicos están desarrollando soluciones muy innovadoras en este ámbito. Es importante saber, por ejemplo, que los detectores de infrarrojos producidos por la empresa polaca Vigo Photonics se utilizan de forma rutinaria en misiones espaciales de la NASA. Además, Ryszard Piramidowicz, doctor en ciencias e investigador de la Politécnica de Varsovia, es una autoridad mundial en el campo de la fotónica integrada.
¿Qué hacer después de graduarse en fotónica? ¿Quién es un ingeniero en fotónica?
Como se mencionó anteriormente, la fotónica es la ciencia que se ocupa de la luz. Algunos de los objetivos que los especialistas en esta industria suelen plantearse son el desarrollo de productos innovadores para la medicina, las telecomunicaciones, las tecnologías de la información, la producción y la construcción. Los ingenieros en fotónica son responsables de importantes descubrimientos científicos, desde la luz capaz de cortar plástico hasta los láseres ultraprecisos utilizados en delicadas cirugías oculares.
Un ingeniero en fotónica es alguien que crea y mejora sistemas y productos que utilizan la fotónica — láseres, óptica, fibra óptica y sistemas de imagen. Verifican el rendimiento realizando pruebas para comprobar si el sistema funciona correctamente. También moldean la tecnología moderna desarrollando productos experimentales que eventualmente serán perfeccionados para el uso cotidiano, incluyendo, por ejemplo, células solares o soluciones para la fabricación de dispositivos electrónicos. ¡Pero eso no es todo! Los ingenieros en fotónica también crean prototipos para determinar si sus ideas son viables.
Trabajando en la industria manufacturera, crean métodos más fáciles y que ahorran tiempo para producir productos o sistemas que evalúan su calidad, por ejemplo, sistemas de visión que a menudo utilizan inteligencia artificial. También pueden diseñar materiales ópticos para hacer que la fábrica sea más eficiente energéticamente.
En una empresa que produce electrónica, los ingenieros en fotónica determinan, por ejemplo, la eficiencia energética de televisores o la calidad de matrices emisoras mediante pruebas de cristales.
En el ámbito militar, los láseres se utilizan para la navegación, proporcionando información de distancia para armas y objetivos de misiles, para derribar drones y para estudiar sustancias peligrosas.
En medicina, los láseres se emplean en numerosos procedimientos diagnósticos y terapéuticos, así como para realizar operaciones delicadas en el ojo u otras partes del cuerpo. Por ejemplo, los láseres de femtosegundo se utilizan para incidir la córnea en la cirugía de cataratas.
¡Importante! Se dedica mucho tiempo a la investigación de nuevas soluciones en este campo de rápido desarrollo. Los ingenieros en fotónica necesitan mantenerse al día con los descubrimientos y estudios de otros especialistas, por lo que a menudo participan en conferencias junto con profesionales de otros sectores para compartir conocimientos y conocer los cambios que ocurren en el mundo de la fotónica.
Existen dos caminos profesionales para los graduados en fotónica. Pueden trabajar en el sector comercial, en empresas tecnológicas, o pueden continuar la trayectoria de trabajo científico, tanto en centros de investigación nacionales como extranjeros. La jornada laboral en Polonia es típicamente de 40 horas semanales, aunque a veces es necesario realizar horas extras para cumplir con los plazos de proyectos de investigación. También sucede que, al realizar trabajos en instituciones de investigación con infraestructuras complejas y escasas, es necesario llevar a cabo experimentos en ventanas temporales limitadas. Esto requiere compromiso y, en ocasiones, dedicación. Viajar al extranjero también suele ser imprescindible, ya que el trabajo se realiza frecuentemente en equipos internacionales. El idioma de los ingenieros en fotónica es, en la mayoría de los casos, el inglés. La fotónica es un campo típico de las llamadas tecnologías profundas o avanzadas (deep-tech). Por ello, muchos ingenieros deciden continuar sus estudios en programas doctorales (PhD).
Los mejores centros académicos en Polonia donde puedes estudiar fotónica
- Warsaw University of Technology, Faculty of Physics
- Military University of Technology, Institute of Optoelectronics
- Wrocław University of Technology, Faculty of Electronics, Photonics and Microsystems
- Nicolaus Copernicus University in Toruń, Faculty of Physics
- University of Maria Curie Skłodowska University in Lublin – especially in the field of fiber optics technologies
Dependiendo del centro académico seleccionado, las clases de fotónica se organizan en seis bloques temáticos: físico, matemático e informática, técnico, especialidad y otros.
Fotónica en Polonia – ¿dónde estamos?
La implementación del objetivo, que es el desarrollo de la tecnología de fibra óptica y la fotónica en Polonia, se ha convertido en la base para la creación del Clúster de Fotónica y Fibra Óptica – Centro Polaco de Fotónica y Fibra Óptica y el logro de Polonia de una ventaja competitiva en el campo de las tecnologías modernas del futuro. Se llevaron a cabo análisis en los mercados respecto a la dirección del desarrollo de la industria aeronáutica, métodos modernos de gestión, y se señaló la creciente demanda de tecnologías orgánicas, incluyendo la fibra óptica.
La demanda de software que permite el diseño de elementos ópticos y optomecánicos, sistemas y dispositivos es enorme en Polonia. ¿Y qué más? El interés por este tipo de software en nuestra parte de Europa está creciendo a un ritmo muy rápido. Esto, a su vez, se traduce en un número rápidamente creciente de pedidos, lo que indica claramente la demanda creciente en esta área.
Según investigaciones de mercado realizadas indirectamente a partir del análisis de informes y directamente en conversaciones con empresarios y basándose en artículos de divulgación científica y reportes mediáticos, se indica que una necesidad muy importante es proveer servicios en el campo de la transferencia tecnológica y la investigación en fotónica, desde las unidades de investigación hacia la industria. Esto incluye también el desarrollo de procedimientos de investigación, la implementación de nuevas soluciones, así como la adaptación de la investigación aplicada a la creciente demanda de tecnologías fotónicas.
Cada año, hay un número cada vez mayor de empresas en nuestro país que utilizan el potencial de la tecnología en este ámbito. Diversos tipos de dispositivos de observación, sistemas de reconocimiento y de apuntado influyen en la creciente posición en la industria de defensa. Sin embargo, el uso de dispositivos optoelectrónicos fuera del ámbito militar también está en aumento. Por ejemplo, se observa un renacimiento de dispositivos optoelectrónicos civiles en aparatos como los smartphones. Además, la fotónica se usa cada vez más en sistemas de comunicación y en sistemas de fabricación y procesamiento de materiales.
Sin embargo, a pesar de las buenas perspectivas de desarrollo, aún existen muchas barreras en Polonia relacionadas con la implementación de soluciones modernas. No existen grandes empresas polacas que estimulen el desarrollo de tecnología avanzada en el país. También hay escasez de integradores de sistemas de nivel medio y fabricantes de optoelectrónica altamente integrada, por ejemplo, circuitos optoelectrónicos integrados, que podrían ser la base de futuros dispositivos optoelectrónicos.
Investigación en fotónica en Polonia
Aunque en el país se llevan a cabo investigaciones sobre este tipo de dispositivos, aún falta la existencia de centros científicos e industriales capaces de aprovechar los resultados de las investigaciones y los productos de los productores polacos de tamaño medio. Para responder a esta necesidad, en los últimos años se han impulsado iniciativas para crear varios centros nuevos de investigación y desarrollo enfocados en la cooperación con la industria. Entre ellos se encuentran:
CEZAMAT – Centro de Materiales Avanzados de la Universidad Tecnológica de Varsovia
CEZAMAT es un centro con una base única de laboratorios en salas limpias, enfocados en el desarrollo de nuevos materiales para fotónica y electrónica. Además, cuenta con las instalaciones administrativas necesarias y un excelente soporte administrativo.ENSEMBLE3 – Centro de Excelencia
ENSEMBLE3 es un centro establecido como una iniciativa conjunta de la Universidad de Varsovia y el ITME (Instituto de Tecnología de Materiales Electrónicos). Nuestro CEO, Krzysztof Jakubczak, participó en el desarrollo de la estrategia para la creación de este centro.CENTERA – Centro de Investigación y Aplicaciones en Terahercios
Este centro se especializa en tecnologías que operan en el rango de terahercios.
Las asociaciones que apoyan a empresarios e instituciones también juegan un papel muy importante en el ecosistema fotónico. Las más relevantes incluyen la PPTF – Plataforma Tecnológica Polaca de Fotónica y el Laboratorio Nacional de Fotónica y Tecnologías Cuánticas (NLPQT).
Sistemas fotónicos integrados – ¿qué son?
Los circuitos fotónicos integrados no son más que el equivalente directo de los circuitos integrados electrónicos que conocemos desde hace muchos años. La diferencia clave a nivel conceptual es que, en la electrónica integrada, el portador de información y energía es un electrón. En la fotónica, es un fotón, una partícula que representa un cuanto (porción) de energía de la luz.
El sistema óptico integrado puede usarse en muchas aplicaciones diferentes, lo que aumenta su disponibilidad, reduce costos y minimiza el tiempo dedicado a investigación y desarrollo. Usando el mismo chip, se pueden realizar operaciones matemáticas, implementar inteligencia artificial y sistemas de procesamiento automático, redes de sensores en un chip, sistemas de imagen y manipular los estados cuánticos de la luz.
Sin embargo, vale la pena destacar las diferencias entre los circuitos integrados electrónicos y fotónicos:
Velocidad de funcionamiento
Los sistemas fotónicos operan mucho más rápido, lo que genera esperanza en una potencia de cálculo mucho mayor en futuros computadores cuánticos.Ahorro energético
Los sistemas fotónicos tienen el potencial de consumir mucha menos energía.Seguridad
En principio, es imposible “escuchar” sistemas fotónicos como se hace rutinariamente en sistemas electrónicos. Un intruso potencial es detectado de inmediato. Además, en caso de, por ejemplo, un intento de interceptar información en una red de fibra óptica, se sabe de inmediato dónde se intentó físicamente acceder a la red.
La fotónica cuántica integrada utiliza tecnologías y dispositivos orgánicos e inorgánicos integrados clásicos para aplicaciones cuánticas. Sin embargo, la integración a nivel de chip es crucial para escalar y trasladar prototipos demostrativos desde laboratorios a tecnologías reales. Los esfuerzos en fotónica cuántica integrada son a gran escala e involucran el desarrollo de circuitos cuánticos que pueden integrarse de forma monolítica, híbrida o heterogénea.
Según los investigadores, existe una necesidad urgente de realizar grandes inversiones para poder formar a la próxima generación de ingenieros en este sector. La demanda de científicos e ingenieros con conocimientos amplios, tanto en mecánica cuántica como en aplicaciones tecnológicas, está en aumento. La inversión en la educación de la próxima generación sin duda contribuirá a ampliar los límites de la ciencia y la tecnología.
¿Qué es la optoelectrónica y dónde se utiliza?
La optoelectrónica se ocupa de la ingeniería de sistemas y dispositivos que emiten, modelan, transmiten o detectan la luz, incluyendo la electrónica que trabaja en conjunto. Además, abarca la construcción y aplicación de todo tipo de dispositivos y aparatos para la emisión y detección de luz. Es un campo tecnológico que utiliza las propiedades de la luz para procesar información. Gracias a la optoelectrónica, es posible obtener, recoger, transmitir, procesar y presentar información usando diversos elementos como detectores fotoeléctricos, factores láser para CD, puertos infrarrojos IrDA, pantallas LCD o pantallas de plasma. En otras palabras: la optoelectrónica es una combinación de óptica y electrónica.
Se pueden distinguir diferentes tipos de optoelectrónica, tales como:
fibra óptica,
imagen,
fotovoltaica,
tecnologías de la información (TI),
optoelectrónica láser.
Tiene múltiples aplicaciones en diversos campos como la química, la física o la electrónica. La optoelectrónica se utiliza en las telecomunicaciones por fibra óptica, así como en la automatización y la robótica. Gracias a ella, es posible crear redes informáticas resistentes a las interferencias. También permite almacenar datos en CDs o DVDs. Además, se emplea con éxito en la fotovoltaica, que se ocupa de la conversión de la luz solar en electricidad.
Progresos en optoelectrónica
La optoelectrónica es una de las áreas clave que apoyan el desarrollo de la economía y la defensa polacas. Desempeña un papel fundamental en el suministro de elementos importantes del sistema de defensa del país y en el equipamiento del ejército polaco. El líder en innovación de la industria optoelectrónica polaca es la empresa PCO SA, con sede en Varsovia, que se especializa desde hace más de 45 años en la producción de equipos pertenecientes al armamento individual del soldado y vehículos de combate que utilizan sensores optoelectrónicos. También allí se desarrolló el monocular de imagen térmica MT-1, previamente inexistente. La combinación de la experiencia y competencia de sus especialistas ha dado lugar a la creación de un dispositivo sin precedentes, no solo en el mercado polaco, sino también en el mercado mundial. Con una perspectiva a largo plazo, puede observarse que las tecnologías optoelectrónicas modernas desarrolladas son ideas innovadoras que satisfacen las expectativas tanto de los usuarios de los equipos como de la industria.
Las mejores ofertas de empleo solo en optoelectrónica
Industrias donde los graduados en optoelectrónica pueden contar con empleo:
Empresas y unidades de investigación que llevan a cabo proyectos relacionados con el diseño, construcción y uso de elementos de dispositivos satelitales o láseres
Institutos de investigación y desarrollo
Universidades públicas y privadas que forman especialistas en tecnologías espaciales y satelitales
Instituciones del Ministerio de Defensa Nacional
Unidades de atención sanitaria en el ámbito de operación y mantenimiento de dispositivos médicos láser
Empresas que utilizan medios técnicos avanzados de transporte
Empresas dedicadas al almacenamiento y eliminación de sustancias peligrosas
Unidades de defensa territorial en el ámbito de servicio y mantenimiento de sistemas de seguridad
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