The field of photonics starts with the efficient generation of light. The generation of efficient yet highly controllable light can indeed be accomplished with light-emitting diodes (LEDs), which are, in principle, capable of generating white light with a 20 times greater efficiency than conventional light bulbs. Deployed on a global scale to replace conventional sources, such solid-state light sources will result in enormous benefits that, over a period of 10 years, include (1) gigantic energy savings of 1.9×10²⁰ joule, (2) a very substantial reduction in global-warming CO₂ emissions, (3) a strong reduction in the emission of pollutants such as acid-rain-causing SO₂, mercury (Hg), and uranium (U), and (4) financial savings exceeding a trillion (10¹²) US$. These benefits can be accomplished by the “replacement paradigm” in which conventional light sources are replaced by more energy efficient, more durable, and non-toxic light sources. However, it will be shown that solid-state light sources can go beyond the replacement paradigm, by providing new capabilities including the control of spectrum, color temperature, polarization, temporal modulation, and spatial emission pattern. We will show that such future, “smart” light sources, can harness the huge potential of LEDs by offering multi-dimensional controllability that will enhance the functionality and performance of light sources in a wide range of applications. These applications include optical microscopy, imaging, display technologies, communications, networking, and transportation systems

چکیده

رشته فوتونیک با تولید کارآمد روشنائی شروع به کار کرد. حقیقتاً، هنوز هم تولید کارآمد به صورت روشنائی خیلی کنترل‌شده را می‌توان با دیودهای انتشار نور (LEDها) انجام داد، که به طور کلی قادر به تولید نور سفید با یک بازده 20 برابر بزرگتر از لامپ‌های روشنائی سنتی می‎‌باشد. گسترش یافتن مقیاسِ جهانیِ برای جایگزین کردن منابع سنتی، نظیر منابع روشنائی حالت جامد، مزایای بسیاری را در پی خواهد داشت که طی یک پریود 10 ساله، شامل موارد زیر خواهد بود: 1) ذخیره انرژی بسیار زیاد 1.9×10²⁰  ژول، 2) یک کاهش بسیار اساسی در انتشارات گازهای گلخانه‌ای CO²، 3) یک کاهش زیاد در انتشار آلاینده‌هایی نظیر SO₂  باعث باران اسیدی، جیوه (Hg) و اورانیوم (U) و 4) پس‌اندازهای مالیِ بیش از 10¹² US$. این مزایا را می‌توان توسط "نمونه جایگزین" در مواردی که منابع روشنائی نور توسط منابع روشنائی غیرسمی، بادوام‌ار و با بازده انرژی بالاتر جایگزین شده‎اند، انجام داد. در هر حال، نشان داده خواهد شد که منابع روشنائی حالت جامد می‌تواند فراتر از جایگزینِ نمونه رود، که این کار با فراهم آوردن قابلیت‌های جدید شامل کنترل طیف، دمای رنگ، قطبی‌شدگی، مدولاسیون موقت، و الگوهای انتشار فضایی صورت می‌پذیرد. ما نشان خواهیم داد که در آینده‎ی نزدیک، منابع روشنائی هوشمند می‌توانند پتانسیل بالای LEDها را با ارائه‎‌ی قابلیت‌کنترل چندبعدی که عملکرد و وظایف منابع روشنائی در کاربردهای رنج گسترده را ارتقا می‌بخشد، مهار کنند. این کاربردها شامل ریزبینی اپتیک، تصویربرداری، تکنولوژی‌های نمایش، مخابرات، شبکه، و سیستم‌های حمل‌ونقل می‌باشد

1-مقدمه

تحقیقات جهانیِ گسترده‌ای در زمینه‌ی تبدیل برق به روشنائی با بازده بالا و بالعکس، یعنی تبدیل نورخورشید به برقِ مفید، انجام گرفته است و در زمانِ مشابه، علائقِ زیادی از بشریت را به سمت خود کشانده است؛ مخصوصاً به دلیلِ آن که این تبدیل به طور گسترده‌ای مشخص شده است که منابع انرژی فسیلی بسیار محدود شده‌اند. همچنان که توانِ خانگیِ جهانیِ جدید نظیر چین و هند، تسهیم مناسبِ انرژی جهانی را تقاضا دارند، قیمت نفت نیز به صورتی سریع در حال افزایش است، کشورهایی که استفاده انرژی بالایی دارند، به شدت احساسِ محدودیت در تامین منابع انرژی فسیلی دارند. حفاری‌های جدید برای نفت در نواحی جدید نظیر اقیانوس‌های یا نواحی قطبی دارای یک سری مزیت‌های محدود است، زیرا دسترس‌پذیری جهانی برای نفت در چندین سال آینده کاهش می‌یابد...