يشمل علم الضوئيات الأبحاث الخاصة بالانبعاث والإرسال والتضخيم والكشف عن الضوء وتعديله.
مصادر الضوءعدل
مصادر الضوء المستخدمة في الضوئيات عادة ما تكون أكثر تطورا من المصابيح الكهربائية. وعادة ما تستخدم الضوئيات مصادر الضوء من أشباه الموصلات مثل الصمامات الثنائية المشعة للضوء (LEDs) والصمامات الثنائية فائقة الإشعاع الضوئي والليزر. ومن بين مصادر الضوء الأخرى مصابيح الفلورسنت ومصابيح الأشعة المهبطية (CRTs) وشاشات البلازما. يرجى ملاحظة أنه في حين أن مصابيح الأشعة المهبطية وشاشات البلازما وشاشات الصمام الثنائي المشع للضوء العضوي تقوم بتوليد الضوء الخاص بها، فإن شاشات الكريستال السائل (LCDs) مثل شاشات TFT تتطلب ضوء خلفيا من مصابيح الفلورسنت ذات القطب البارد أو، الأكثر شيوعا اليوم، الصمامات الثنائية المشعة للضوء.
وتتميز الأبحاث التي يتم إجراؤها على مصادر الضوء من أشباه الموصلات بالاستخدام المتكرر لأشباه الموصلات من نوع 3-4 بدلا من أشباه الموصلات الكلاسيكية مثل السيليكون والجيرمانيوم. وهذا يرجع إلى الخصائص الخاصة التي تتمتع بها أشباه الموصلات من نوع 3-4 التي تتيح تنفيذ الخدمات المشعة للضوء. ومن الأمثلة على أنظمة المواد المستخدمة زرنيخيد الغاليوم (GaAs) وزرنيخيد ألومنيوم غاليوم (AlGaAs) أو غيره من أشباه الموصلات المركبة الأخرى. كما أنها تستخدم بالاشتراك مع السيليكون لإنتاج ليزر السيليكون الهجين.
وسائط الإرسالعدل
يمكن نقل الضوء عبر أي وسيط شفاف. ويمكن استخدام الألياف الزجاجية أو الألياف الضوئية البلاستيكية لتوجيه الضوء على طول المسار المطلوب. وفي الاتصالات البصرية تتيح الألياف البصرية مسافات إرسال تزيد على 100 كم دون تضخيم وذلك اعتمادا على معدل البت ونسق التعديل المستخدم للإرسال. ومن بين الموضوعات البحثية المتقدمة للغاية في مجال الضوئيات أبحاث وتصنيع الهياكل الخاصة و"المواد" التي تتمتع بخصائص بصرية هندسية. ومن هذه المواد الكريستالات الضوئية والألياف الكريستالية الفوتونية والميتاماتريال.
المضخماتعدل
تستخدم المضخمات البصرية لتضخيم إشارة بصرية. والمضخمات الضوئية المستخدمة في الاتصالات الضوئية هي مضخمات الألياف المطعمة بالإربيوم والمضخمات الضوئية من أشباه الموصلات ومضخمات رامان والمضخمات الضوئية البارامترية. ومن الموضوعات البحثية المتقدمة للغاية في مجال المضخمات الضوئية البحث حول المضخمات الضوئية من أشباه الموصلات ذات النقطة الكمية.
الكشفعدل
تقوم أجهزة الكشف الضوئية بالكشف عن الضوء. وتتراوح أجهزة الكشف الضوئية من الصمامات الثنائية الضوئيةالخاصة بتطبيقات الاتصالات والأجهزة المتصلة بالشحنات متوسطة السرعة (CCDs) الخاصة بالكاميرات الرقميةوصولا إلى الخلايا الشمسية شديدة البطء التي تستخدم لتجميع الطاقة من أشعة الشمس. وهناك أيضا العديد من أجهزة الكشف الضوئية الأخرى التي تقوم على المؤثرات الكيميائية والكمية والكهروضوئية وغيرها من المؤثرات الأخرى.
التعديلعدل
يستخدم تعديل مصدر الضوء لترميز المعلومات الخاصة بمصدر الضوء. ويمكن تحقيق التعديل عن طريق مصدر الضوء مباشرة. ومن أسهل الأمثلة على ذلك استخدام الضوء الوميضي لإرسال شفرة مورس. وثمة طريقة أخرى وهي أخذ الضوء من أحد مصادر الضوء وتعديله في جهاز تعديل ضوئي خارجي.
وثم موضوع إضافي تشمله الأبحاث الخاصة بالتعديل وهو تنسيق التعديل. وكان تزرير التشغيل-إيقاف التشغيل (On-off keying) هو تنسيق التعديل الشائع في الاتصالات الضوئية. وفي السنوات الأخيرة تم إجراء أبحاث على تنسيقات تعديل أكثر تطورا مثل تزرير إزاحة الطور أو حتى تقسيم التردد المتعامد المتعدد لمواجهة تأثيرات مثل التشتت الذي يؤدي إلى تدهور جودة الإشارة المرسلة.
الأنظمة الضوئيةعدل
يتضمن علم الضوئيات أيضا أبحاثا على الأنظمة الضوئية. وعادة ما يستخدم المصطلح لأنظمة الاتصال الضوئي. وينصب تركيز هذا المجال من الأبحاث على تنفيذ الأنظمة الضوئية مثل الشبكات الضوئية عالية السرعة. كما يتضمن هذا أبحاثا حول المجددات الضوئية، التي تعمل على تحسين جودة الإشارة الضوئية.