バイオフォトニクス
単一光子源は単一粒子や光子を光として放出するもので、コヒーレント光源(レーザ)および熱光源(例えば白熱電球、水銀蒸気ランプ)とは異なる新たな種類の光源である。
ナノ粒子を腫瘍に注入することで光熱療法を利用する
最も一般的には光を熱に変換するために貴金属のナノ粒子を用いる。人体が光学的に透明となる700-1000nmの範囲の光を吸収するようにナノ粒子が設計されている。粒子が光に当たったとき、粒子に光が当たったとき、粒子は加熱され、温熱療法により周囲の細胞が破壊される。使用される光は組織と直接的に相互作用しないため、光熱療法は長期的な副作用が少なく、体内深部のがんを治療するのに使うことができる。
バイオフォトニクスは生物学(バイオロジー)とフォトニクスの組み合わせを意味する。フォトニクスとは光子、量子単位の光の生成、操作、検出の科学技術である。フォトニクスは電子工学や光子と関係がある。光子は電子工学で電子が行うようなようなことを光ファイバーなどの情報技術において行い中心的な役割を果たす。
バイオフォトニクスは「生体分子、細胞、組織の研究に対する光学技術、特にイメージングの開発及び応用」ともいえる。バイオフォトニクスを構成する光学技術を用いる主な利点の1つは、調査する生体細胞を完全な状態で保存できることである。
それゆえ、バイオフォトニクスは生物学的なものと光子の相互作用を扱うすべての技術の確立した一般用語となっている。これは生体分子、細胞、組織、生物および生体材料からの放射、検出、吸収、反射、修飾、発光生成を指す。応用領域は生命科学、医学、農学、環境学である。「電気」と「電子工学」の違いと同様に、主にエネルギーを伝えるために光を用いる治療や手術などの分野と、物質を励起して情報をオペレータに返すという光を用いる診断などの分野には違いがある。ほとんどの場合、バイオフォトニクスは後者の応用を指す。
共振器のサイズが小さいため、デジタル変調は非常に高速(最大500MHz)になる。コヒーレンス長が短く(通常1mm未満)、一般的な線幅はnm範囲になる。通常の出力レベルは約100mWである(波長とサプライヤによる)。主なサプライヤはCoherent, Melles Griot, Omicron, Toptica, JDSU, Newport, Oxxius, Power Technologyである。格子安定化ダイオードレーザは、リソグラフィ組み込み格子(DFB, DBR)または外部格子 (ECDL)のいずれかを有する。結果として、コヒーレンス長は数メートルの範囲に増加するが、線幅はpmより下にずっと下がる。この特性を用いるバイオフォトニクス応用には、ラマン分光法(線幅がcm-1であることが必要)や分光ガスセンシングがある。