ΑΡΘΡΟ/Κ. Μελάς: Η Φωτονική ως τεχνολογία του μέλλοντος

Η Φωτονική είναι η μελέτη της παραγωγής, του χειρισμού και της ανίχνευσης του φωτός. Το φως αποτελείται από φωτόνια, παρόμοια με το πώς το ηλεκτρικό ρεύμα αποτελείται από μεμονωμένα ηλεκτρόνια. Ωστόσο, τα φωτόνια έχουν το ξεχωριστό πλεονέκτημα ότι ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός και δεν καταναλώνουν καμία ισχύ κατά τη διάδοση.

Για παράδειγμα, τα φωτόνια ταξιδεύουν συνήθως σε όλο το σύμπαν αποκλειστικά με την ενέργεια που απαιτείται για την παραγωγή τους. Τα φωτόνια είναι επίσης πολύ αποτελεσματικοί φορείς πληροφοριών.

Του Κώστα Μελά, Καθηγητής Πολιτικής Οικονομίας

Έχουν υπάρξει πολλές πλατφόρμες για τη φωτοβολία (πρόκειται για μια «σύμφωνη» ακτινοβολία προς συγκεκριμένη κατεύθυνση που είναι δυνατή λόγω του τρόπου που λειτουργεί το φωτόνιο όταν το άτομο βρεθεί σε μια διεγερμένη κατάσταση από εξωτερική αιτία )εδώ και δεκαετίες, όπως είναι οι οπτικές ίνες, όπου τα διακριτά εξαρτήματα (λέιζερ, το καλώδιο οπτικών ινών που διαδίδει το φως και οι ανιχνευτές) κατασκευάζονται ξεχωριστά και συναρμολογούνται σε ένα ενιαίο σύστημα μετάδοσης πληροφορίας.

Τα τελευταία χρόνια η όλη προσπάθεια κατατείνει στη δημιουργία της ολοκληρωμένης Φωτονικής που είναι η διασταύρωση και η συνύπαρξη  της Μικροηλεκτρονικής και της Φωτονικής.

Η Μικροηλεκτρονική (δηλαδή ο σχεδιασμός και η κατασκευή ηλεκτρονικών συσκευών, συστημάτων και υποσυστημάτων που χρησιμοποιούν εξαιρετικά μικρά εξαρτήματα) υπήρξε η κινητήρια δύναμη της τεχνολογίας και της παγκόσμιας οικονομίας για αρκετές δεκαετίες.

• Η επιτυχία της είναι ένα άμεσο αποτέλεσμα του ολοκληρωμένου κυκλώματος, όπου δισεκατομμύρια ηλεκτρικών εξαρτημάτων (τρανζίστορ, καλώδια, αντιστάσεις, πυκνωτές κ.λπ.) ενσωματώνονται άψογα σε δίσκους πυριτίου χρησιμοποιώντας αυστηρά ορισμένες διαδικασίες κατασκευής. Ακριβώς το ίδιο επιχειρείται σήμερα στον τομέα της Φωτονικής: δημιουργία φωτονικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.

Αυτή τη στιγμή η τεχνολογία των φωτονικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων βρίσκεται σε ένα σημείο παρόμοιο με εκείνο όπου ήταν η Μικροηλεκτρονική στις αρχές της δεκαετίας του ’70 – όπου μόνο ένας σχετικά μικρός αριθμός επιμέρους εξαρτημάτων ολοκληρώνονταν σε μια ενιαία διάταξη.

Ωστόσο, μέσω της αξιοποίησης του εξοπλισμού κατασκευής και περαιτέρω ανάπτυξης των τεχνικών που κατέστησαν τη Μικροηλεκτρονική επιτυχημένη, αρχίζει τώρα να είναι εφικτή η πραγματοποίηση των ίδιων οικονομιών κλίμακας για την κατασκευή ολοκληρωμένων φωτονικών κυκλωμάτων.

Επιπλέον, δεδομένου ότι χρησιμοποιούνται παρόμοιες τεχνολογίες παραγωγής, η Φωτονική και η Ηλεκτρονική μπορούν να ενσωματωθούν (να ολοκληρωθούν ταυτόχρονα -είτε με έναν μονολιθικό ή με έναν υβριδικό τρόπο-, δηλαδή στο ίδιο τσιπ να υπάρχουν παράλληλα και το οπτικό και το ηλεκτρονικό μέρος της διάταξης) άμεσα μεταξύ τους. Η εξέλιξη αυτή θα έχει ως αποτέλεσμα να λειτουργήσουν καλύτερα τόσο τα ηλεκτρονικά όσο και τα φωτονικά στοιχεία των κυκλωμάτων – όχι μόνο μειώνοντας το μέγεθος, το βάρος και την ισχύ, αλλά επιτρέποντας την υλοποίηση νέων εφαρμογών, πολλές από τις οποίες μέχρι πρόσφατα βρίσκονταν εκτός του οράματος της τεχνολογικής εξέλιξης.

• Με την συντελούμενη πρόοδο σήμερα οι εφαρμογές της  φωτονικής χρησιμοποιούνται σε πληθώρα σύγχρονων προϊόντων: σε ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης (σαρωτές γραμμωτού κώδικα, συσκευές αναπαραγωγής DVD, τηλεχειριστήρια τηλεόρασης), τηλεπικοινωνίες (διαδίκτυο), υγεία (οφθαλμική χειρουργική, ιατρικές συσκευές), κατασκευή (κοπή και μηχανική κατεργασία με λέιζερ), άμυνα και ασφάλεια (κάμερες υπέρυθρες, τηλεπισκόπηση), ψυχαγωγία (ολογραφία, επιδείξεις λέιζερ) κ.λπ.

Είναι προφανές ότι οι τεχνολογίες που χρησιμοποιούν το φως έχουν τη δυνατότητα να συμβάλλουν στην αύξηση της παραγωγικότητας των τομέων παραγωγής αγαθών πάσης φύσεως (βιομηχανικών και αγροτικών) αυξάνοντας την ευημερία και το βιοτικό επίπεδο των λαών που τις χρησιμοποιούν.

Οι ανεπτυγμένες χώρες κατανοούν ότι η φωτονική θα παίξει μεγαλύτερο ρόλο στην παγκόσμια οικονομία. Η ΕΕ θεωρεί τη φωτονική σε συνδυασμό με τη μικροηλεκτρονική και τη νανοηλεκτρονική, τη νανοτεχνολογία, τη βιοτεχνολογία, τα προηγμένα υλικά και την προηγμένη τεχνολογία κατασκευής ως «βασική τεχνολογία», η οποία είναι οριζόντια, εφαρμόζεται σε μεγάλο αριθμό βιομηχανιών, προωθεί την καινοτομία και συμβάλλει στην  οικονομική ανάπτυξη. Αυτές οι βασικές τεχνολογίες θα δώσουν στις χώρες και τις περιοχές που τις αναπτύσσουν και τις χρησιμοποιούν ηγετικό ρόλο στη δημιουργία προηγμένων, βιώσιμων και πιο πράσινων οικονομιών.

Στο πλαίσιο της Ευρωπαϊκής Πράσινης Συμφωνίας, η ΕΕ δεσμεύτηκε για μηδενικές καθαρές εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου έως το 2050.

Ο φωτισμός αντιπροσωπεύει περίπου το 19% της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας παγκοσμίως, επομένως ο αποδοτικότερος φωτισμός θα προσφέρει τεράστια εξοικονόμηση ενέργειας. Η ΕΕ έχει δημιουργήσει ξεχωριστή πλατφόρμα για την προώθηση της Φωτονικής (The new Strategic Research and Innovation Agenda (SRIA) με κύριο στόχο την ενίσχυση της οικονομικής ανταγωνιστικότητας. Ο βασικό αυτός στόχος μπορεί να επιτευχθεί μέσω τριών ενδιάμεσων στόχων : την επίτευξη στρατηγικής αυτονομίας σε τομείς κλειδιά της Ευρωπαϊκής οικονομίας (τεχνολογία ημιαγωγών και φωτονικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων), τη συνεχή ενδυνάμωση της παραγωγής προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας και τη μείωση της εμπορικής εξάρτησης (προϊόντων από την Κίνα, ενέργειας από τη Ρωσία). Σε αυτή τη διαδικασία ο ρόλος των τεχνολογιών Φωτονικής είναι ουσιαστικός και απολύτως καθοριστικός.