โฟโตนิกส์เป็นสาขาหนึ่งของทัศนศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการประยุกต์ใช้การสร้าง การ ตรวจจับและการจัดการแสงในรูปของโฟตอนผ่านการปล่อยการส่งผ่านการปรับสัญญาณการประมวลผลสัญญาณ การสลับการขยาย สัญญาณ และการตรวจจับ [ ^{2 ] [ 3 ] แม้ว่า} โฟโตนิกส์จะเป็นคำที่ใช้กันทั่วไป แต่ก็ยังไม่มีข้อตกลงที่แพร่หลายเกี่ยวกับคำจำกัดความที่ชัดเจนของคำนี้ หรือเกี่ยวกับความแตกต่างระหว่างโฟโตนิก ส์กับสาขาที่เกี่ยวข้อง เช่นทัศนศาสตร์^{[ 4 ]}

โฟโตนิกส์มีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับควอนตัมออปติกส์ซึ่งศึกษาทฤษฎีเบื้องหลังการประยุกต์ใช้งานทางวิศวกรรมของโฟโตนิกส์^{[ 2 ]} แม้ว่าจะครอบคลุมการประยุกต์ใช้งานทางเทคนิคของแสงทั้งหมดในช่วง สเปกตรัมทั้งหมดแต่การประยุกต์ใช้งานโฟโตนิกส์ส่วนใหญ่จะอยู่ในช่วงแสงที่มองเห็นได้และแสง อินฟราเรด ใกล้

คำว่าโฟโตนิกส์พัฒนาขึ้นจากการพัฒนาตัวปล่อยแสงเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้งานได้จริงตัวแรกที่คิดค้นขึ้นในช่วงต้นทศวรรษ 1960 และเส้นใยนำแสงที่พัฒนาขึ้นในช่วงทศวรรษ 1970 ^{[ 5 ]}

สาขานี้ได้รับการสนับสนุนจากองค์กรวิชาชีพต่างๆ เช่นสมาคมโฟโตนิกส์ของ IEEEซึ่งทำหน้าที่เป็นช่องทางสำหรับการพัฒนาความก้าวหน้าในการวิจัย วิศวกรรม และการประยุกต์ใช้ด้านโฟโตนิกส์

คำว่า 'โฟโตนิกส์' มาจากคำภาษากรีก "phos" ซึ่งหมายถึงแสง (ซึ่งมีรูปกรรมวาจก "photos" และในคำประสมจะใช้รากศัพท์ "photo-") คำนี้ปรากฏขึ้นในช่วงปลายทศวรรษ 1960 เพื่ออธิบายสาขาการวิจัยที่มีเป้าหมายในการใช้แสงเพื่อทำหน้าที่ต่างๆ ที่โดยทั่วไปแล้วอยู่ในขอบเขตของอิเล็กทรอนิกส์ เช่น โทรคมนาคม และการประมวลผลข้อมูล^{[ 5 ]}

ตัวอย่างแรกๆ ของคำนี้ปรากฏในจดหมายฉบับหนึ่งที่จอห์น ดับเบิลยู. แคมป์เบลล์เขียนถึงก็อตฮาร์ด กันเธอร์ เมื่อเดือนธันวาคม ปี 1954 :

อนึ่ง ผมตัดสินใจที่จะคิดค้นวิทยาศาสตร์ใหม่ขึ้นมา — โฟโตนิกส์ มันมีความสัมพันธ์กับทัศนศาสตร์เช่นเดียวกับที่อิเล็กทรอนิกส์มีความสัมพันธ์กับวิศวกรรมไฟฟ้า โฟโตนิกส์เช่นเดียวกับอิเล็กทรอนิกส์จะเกี่ยวข้องกับหน่วยแต่ละหน่วย ในขณะที่ทัศนศาสตร์และวิศวกรรมไฟฟ้าจะเกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์กลุ่ม! และโปรดทราบว่าคุณสามารถทำสิ่งต่างๆ ด้วยอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งเป็นไปไม่ได้ในวิศวกรรมไฟฟ้า! ^{[ 6 ]}

สาขาโฟโตนิกส์เริ่มต้นจากการประดิษฐ์มาเซอร์และเลเซอร์ในช่วงปี 1958 ถึง 1960 ^{[ 2 ]}การพัฒนาอื่นๆ ตามมา ได้แก่เลเซอร์ไดโอดในช่วงปี 1970 เส้นใยนำแสงสำหรับการส่งข้อมูล และเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ที่เจือด้วยเออร์เบียม สิ่งประดิษฐ์เหล่านี้เป็นพื้นฐานสำหรับการปฏิวัติการสื่อสารโทรคมนาคมในช่วงปลายศตวรรษ ที่ 20 และเป็นโครงสร้างพื้นฐานสำหรับอินเทอร์เน็ต

แม้ว่าจะมีการบัญญัติคำนี้มาก่อนหน้านี้ แต่คำว่าโฟโตนิกส์เริ่มใช้กันอย่างแพร่หลายในช่วงทศวรรษ 1980 เนื่องจากผู้ให้บริการเครือข่ายโทรคมนาคมนำการส่งข้อมูลผ่านใยแก้วนำแสงมาใช้ ในเวลานั้น คำนี้ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายที่ห้องปฏิบัติการเบลล์ [ ^{7 ] การ}ใช้งานได้รับการยืนยันเมื่อสมาคมเลเซอร์และอิเล็กโทรออปติกส์ของ IEEEได้จัดตั้งวารสารเก็บถาวรชื่อPhotonics Technology Lettersในช่วงปลายทศวรรษ 1980

ในช่วงก่อนเกิดวิกฤตฟองสบู่ดอทคอมราวปี 2001 สาขาโฟโตนิกส์ส่วนใหญ่เน้นไปที่การสื่อสารโทรคมนาคมด้วยแสง อย่างไรก็ตาม โฟโตนิกส์ครอบคลุมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีประยุกต์ที่หลากหลายมาก รวมถึงการผลิตด้วยเลเซอร์ การตรวจจับทางชีวภาพและเคมี การวินิจฉัยและการรักษาทางการแพทย์ เทคโนโลยีการแสดงผล และการ คำนวณด้วยแสง

โฟโตนิกส์มีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับทัศนศาสตร์ทัศนศาสตร์แบบคลาสสิกมีมาก่อนการค้นพบว่าแสงมีคุณสมบัติเป็นควอนตัม ซึ่งอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ได้อธิบายปรากฏการณ์โฟโตอิเล็ก ทริกอย่างโด่งดัง ในปี 1905 เครื่องมือทางทัศนศาสตร์ ได้แก่เลนส์ หักเหแสง กระจกสะท้อนแสงและส่วนประกอบและเครื่องมือทางทัศนศาสตร์ต่างๆ ที่พัฒนาขึ้นตลอดช่วงศตวรรษที่ 15 ถึง 19 หลักการสำคัญของทัศนศาสตร์แบบคลาสสิก เช่นหลักการของฮอยเกนส์ซึ่งพัฒนาขึ้นในศตวรรษที่ 17 สมการของแม็กซ์เวลล์และสมการคลื่น ซึ่งพัฒนาขึ้นในศตวรรษที่ 19 ไม่ได้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติควอนตัมของแสง

โฟโตนิกส์มีความเกี่ยวข้องกับควอนตัมออปติกส์ออปโตเม คานิกส์ อิเล็กโทรออปติกส์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์และควอนตัมอิเล็กทรอนิกส์อย่างไรก็ตาม แต่ละสาขามีความหมายที่แตกต่างกันเล็กน้อยในแวดวงวิทยาศาสตร์ ภาครัฐ และในตลาด ควอนตัมออปติกส์มักหมายถึงการวิจัยพื้นฐาน ในขณะที่โฟโตนิกส์ใช้เพื่อสื่อถึงการวิจัยและพัฒนาเชิงประยุกต์

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง คำว่าโฟโตนิกส์หมายถึง:

• คุณสมบัติของอนุภาคแสง
• ศักยภาพในการสร้างเทคโนโลยีอุปกรณ์ประมวลผลสัญญาณโดยใช้โฟตอน
• การประยุกต์ใช้ทางทัศนศาสตร์ในทางปฏิบัติ และ
• เปรียบเทียบกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

คำว่าออปโตอิเล็กทรอนิกส์หมายถึง อุปกรณ์หรือวงจรที่ประกอบด้วยทั้งฟังก์ชันทางไฟฟ้าและทางแสง เช่น อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์แบบฟิล์มบาง ส่วนคำว่า อิเล็ก โทรออปติกส์ถูกนำมาใช้ก่อนหน้านี้ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งครอบคลุมถึงปฏิสัมพันธ์ทางไฟฟ้าและทางแสงแบบไม่เชิงเส้นที่นำไปประยุกต์ใช้ เช่น ตัวปรับสัญญาณผลึกขนาดใหญ่ เช่นเซลล์พ็อคเค ลส์ แต่ยังรวมถึงเซนเซอร์รับภาพขั้นสูงด้วย

แง่มุมที่สำคัญในคำจำกัดความสมัยใหม่ของโฟโตนิกส์คือไม่จำเป็นต้องมีความเห็นพ้องต้องกันอย่างกว้างขวางในการรับรู้ขอบเขตของสาขานี้ จากแหล่งข้อมูลบน optics.org ^{[ 4 ]}การตอบคำถามจากผู้จัดพิมพ์ของ Journal of Optics: A Pure and Applied Physics ถึงคณะบรรณาธิการเกี่ยวกับการปรับปรุงชื่อวารสารให้กระชับขึ้นได้รายงานถึงความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในวิธีที่คำว่า "optics" และ "photonics" อธิบายถึงสาขาวิชา โดยบางคำอธิบายเสนอว่า "photonics ครอบคลุม optics" ในทางปฏิบัติ เมื่อสาขานี้พัฒนาขึ้น หลักฐานที่ว่า "modern optics" และ Photonics มักถูกใช้สลับกันนั้นแพร่หลายและซึมซับอยู่ในศัพท์เฉพาะทางวิทยาศาสตร์

โฟโตนิกส์ยังเกี่ยวข้องกับวิทยาศาสตร์ใหม่ ๆ อย่างข้อมูลควอนตัมและทัศนศาสตร์ควอนตัม สาขาอื่น ๆ ที่กำลังเกิดขึ้นใหม่ ได้แก่:

• การถ่ายภาพด้วยแสงและคลื่นเสียง (Optoacoustics หรือ photoacoustic imaging)คือ การใช้พลังงาน เลเซอร์ส่งเข้าไปในเนื้อเยื่อทางชีวภาพ แล้วพลังงานนั้นจะถูกดูดซับและเปลี่ยนเป็นความร้อน ทำให้เกิด การปล่อยคลื่น เสียงอัลตราโซ นิก ออกมา
• ออปโตเมคานิกส์คือสาขาที่ศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างแสงและการสั่นสะเทือนเชิงกลของวัตถุระดับเมโซสโคปิกหรือมาโครสโคปิก
• ออปโตมิกส์ซึ่งเป็นสาขาที่รวมอุปกรณ์ทั้งด้านโฟตอนิกส์และอะตอมิกส์เข้าด้วยกัน สำหรับการใช้งานต่างๆ เช่น การรักษาเวลาที่แม่นยำ การนำทาง และการวัดทางวิทยาศาสตร์
• พลาสโมนิกส์ คือศาสตร์ ที่ศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างแสงและพลาสโมนในโครงสร้างไดอิเล็กทริกและโลหะ พลาสโมนคือการควอนตัมของการสั่นของพลาสมาเมื่อรวมกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า จะปรากฏออกมาในรูปของโพลาไรตันพลาสโมนพื้นผิวหรือพลาสโมนพื้นผิวเฉพาะที่
• โพลาริโทนิกส์แตกต่างจากโฟโทนิกส์ตรงที่ตัวนำข้อมูลพื้นฐานคือโพ ลาริ ตอนโพลาริตอนเป็นส่วนผสมของโฟตอนและโฟนอนและทำงานในช่วงความถี่ตั้งแต่ 300 กิกะเฮิร์ตซ์ถึงประมาณ 10 เทราเฮิร์ตซ์
• โฟโตนิกส์แบบโปรแกรมได้คือการศึกษาการพัฒนาวงจรโฟโตนิกส์ที่สามารถตั้งโปรแกรมใหม่เพื่อใช้งานฟังก์ชันต่างๆ ได้ในลักษณะเดียวกับFPGA ทางอิเล็กทรอนิกส์

การประยุกต์ใช้โฟโตนิกส์นั้นมีอยู่ทุกหนทุกแห่ง ครอบคลุมทุกด้านตั้งแต่ชีวิตประจำวัน ไปจนถึงวิทยาศาสตร์ขั้นสูง เช่น การตรวจจับแสงโทรคมนาคมการประมวลผลข้อมูลโฟโตโวลตาอิกส์ การคำนวณด้วยโฟ โตนิ กส์ แสงสว่าง มาตรวิทยาสเปกโทรสโกปี โฮโลแกรมการแพทย์ (ศัลยกรรม การแก้ไขสายตา การส่องกล้อง การตรวจสอบสุขภาพ) ไบโอโฟโตนิกส์เทคโนโลยีทางการทหารการแปรรูปวัสดุด้วยเลเซอร์ การวินิจฉัยทางศิลปะ (รวมถึงการสะท้อนแสงอินฟราเรดรังสีเอกซ์ การเรืองแสงอัลตราไวโอเลตXRF ) การเกษตรและหุ่นยนต์

เช่นเดียวกับการประยุกต์ใช้ด้านอิเล็กทรอนิกส์ที่ขยายตัวอย่างมากนับตั้งแต่มีการประดิษฐ์ทรานซิสเตอร์ ตัวแรกในปี 1948 การประยุกต์ใช้ด้านโฟโตนิกส์ที่เป็นเอกลักษณ์ก็ยังคงเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง การประยุกต์ใช้ที่สำคัญทางเศรษฐกิจสำหรับ อุปกรณ์โฟโตนิกส์เซมิคอนดักเตอร์ ได้แก่ การบันทึกข้อมูลด้วยแสง การสื่อสารผ่านใย แก้วนำแสง การพิมพ์ด้วยเลเซอร์ (บนพื้นฐานของการถ่ายเอกสาร) จอแสดงผล และการปั๊มแสงของเลเซอร์กำลังสูง ศักยภาพในการประยุกต์ใช้ด้าน โฟโตนิกส์นั้นแทบจะไม่มีขีดจำกัด และรวมถึงการสังเคราะห์ทางเคมี การวินิจฉัยทางการแพทย์ การ สื่อสาร ข้อมูลบนชิปเซ็นเซอร์ การป้องกันด้วยเลเซอร์ และพลังงานฟิวชั่น เป็นต้น

• อุปกรณ์สำหรับผู้บริโภค: เครื่องสแกน บาร์โค้ด , เครื่องพิมพ์, เครื่องเล่น CD/DVD/Blu-ray, รีโมทคอนโทรล
• โทรคมนาคม : การสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง , ตัวแปลงสัญญาณแสงเป็นไมโครเวฟ
• พลังงานหมุนเวียน : ระบบพลังงานแสงอาทิตย์
• การแพทย์ : การแก้ไขสายตาผิดปกติ, การผ่าตัดด้วยเลเซอร์ , การส่องกล้องตรวจภายใน, การลบรอยสัก
• การผลิตภาคอุตสาหกรรม: การใช้เลเซอร์สำหรับการเชื่อม การเจาะ การตัด และวิธีการปรับเปลี่ยนพื้นผิวต่างๆ
• งานก่อสร้าง : การปรับระดับด้วยเลเซอร์, การวัดระยะด้วยเลเซอร์, โครงสร้างอัจฉริยะ
• การบิน : ไจโรสโคปโฟโตนิก ส์ ที่ขาดชิ้นส่วนเคลื่อนที่
• ด้านการทหาร : เซ็นเซอร์อินฟราเรด, ระบบบัญชาการและควบคุม, การนำทาง, การค้นหาและกู้ภัย, การวางและตรวจจับทุ่นระเบิด
• ความบันเทิง : การแสดงเลเซอร์ , เอฟเฟกต์ลำแสง, ศิลปะโฮโลแกรม
• การประมวลผลข้อมูล
• การระบายความร้อนด้วยการแผ่รังสีในเวลากลางวันแบบพาสซีฟ
• เซ็นเซอร์ : LIDAR , เซ็นเซอร์สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค
• มาตรวิทยา : การวัดเวลาและความถี่ การหาพิกัดระยะทาง
• การคำนวณด้วยโฟโตนิกส์ : ^{[ 8 ]}การกระจายสัญญาณนาฬิกาและการสื่อสารระหว่างคอมพิวเตอร์แผงวงจรพิมพ์หรือภายในวงจรรวม ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ ในอนาคต: การคำนวณควอนตัม

ไมโครโฟโตนิกส์และนาโนโฟโตนิกส์โดยทั่วไปจะรวมถึงผลึกโฟโตนิกส์และอุปกรณ์โซลิดสเตท^{[ 9 ]}

โดยทั่วไปแล้ว เทคโนโลยีโฟโตนิกส์จะใช้แหล่งกำเนิดแสงที่ใช้สารกึ่งตัวนำ เช่นไดโอดเปล่งแสง (LED) ไดโอดเปล่งแสงยิ่งยวดและเลเซอร์ แหล่งกำเนิดแสงอื่นๆ ได้แก่แหล่งกำเนิดโฟตอนเดี่ยวหลอดฟลูออเรสเซนต์หลอดภาพรังสีแคโทด (CRT) และจอพลาสมาโปรดทราบว่า ในขณะที่ CRT จอพลาสมา และ จอแสดง ผลไดโอดเปล่งแสงอินทรีย์สร้างแสงได้เอง แต่จอแสดงผลคริสตัลเหลว (LCD) เช่นจอ TFTจำเป็นต้องใช้แสงพื้นหลังซึ่งอาจเป็นหลอดฟลูออเรสเซนต์แคโทดเย็นหรือในปัจจุบันมักใช้ LED มากกว่า

ลักษณะเฉพาะของการวิจัยเกี่ยวกับแหล่งกำเนิดแสงเซมิคอนดักเตอร์คือการใช้เซมิคอนดักเตอร์ III-V บ่อยครั้ง แทนเซมิคอนดักเตอร์แบบดั้งเดิม เช่นซิลิคอนและเจอร์มาเนียมทั้งนี้เนื่องมาจากคุณสมบัติพิเศษของเซมิคอนดักเตอร์ III-Vที่ทำให้สามารถสร้างอุปกรณ์เปล่งแสงได้ [ ^{10 ] ตัวอย่าง}ของระบบวัสดุที่ใช้ ได้แก่แกลเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs) และอะลูมิเนียมแกลเลียมอาร์เซไนด์ (AlGaAs) หรือเซมิคอนดักเตอร์แบบผสม อื่นๆ นอกจากนี้ยังใช้ร่วมกับซิลิคอนเพื่อผลิตเลเซอร์ซิลิคอนแบบไฮบริด

แสงสามารถส่งผ่านตัวกลางโปร่งใส ใดๆ ก็ได้ เส้นใยแก้วหรือเส้นใยนำแสงพลาสติกสามารถใช้ในการนำทางแสงไปตามเส้นทางที่ต้องการได้ ในการสื่อสารด้วยแสง เส้นใยนำแสงช่วยให้สามารถส่งสัญญาณ ได้ ในระยะทางมากกว่า 100 กิโลเมตรโดยไม่ต้องขยายสัญญาณ ขึ้นอยู่กับอัตราการส่งข้อมูลและรูปแบบการมอดูเลชั่นที่ใช้ในการส่งสัญญาณ หัวข้อการวิจัยขั้นสูงมากในสาขาโฟโตนิกส์คือการศึกษาและการสร้างโครงสร้างและ "วัสดุ" พิเศษที่มีคุณสมบัติทางแสงที่ได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษ ซึ่งรวมถึงผลึกโฟโตนิกส์เส้นใยผลึกโฟโตนิกส์และเมตาวัสดุ

เครื่องขยายสัญญาณแสงใช้สำหรับขยายสัญญาณแสง เครื่องขยายสัญญาณแสงที่ใช้ในการสื่อสารด้วยแสง ได้แก่เครื่องขยายสัญญาณใยแก้วเจือเออร์เบียม เครื่องขยายสัญญาณแสงเซ มิคอนดักเตอร์ เครื่องขยายสัญญาณรามานและเครื่องขยายสัญญาณพาราเมตริกเชิงแสงหัวข้อวิจัยขั้นสูงมากเกี่ยวกับเครื่องขยายสัญญาณแสงคือการวิจัยเกี่ยวกับ เครื่องขยายสัญญาณแสง เซมิคอนดักเตอร์ควอนตัมดอต

อุปกรณ์ตรวจจับแสงทำหน้าที่ตรวจจับแสง อุปกรณ์ตรวจจับแสงมีหลากหลายประเภท ตั้งแต่โฟโตไดโอดความเร็วสูงสำหรับงานด้านการสื่อสาร ไปจนถึงอุปกรณ์รับภาพแบบCCD ความเร็วปานกลาง สำหรับกล้องดิจิทัล และ เซลล์แสงอาทิตย์ความเร็วต่ำมากที่ใช้สำหรับการเก็บเกี่ยวพลังงานจากแสงอาทิตย์นอกจากนี้ยังมีอุปกรณ์ตรวจจับแสงอื่นๆ อีกมากมายที่ใช้หลักการทางความร้อนเคมีควอนตัมโฟโตอิเล็กท ริก และปรากฏการณ์อื่นๆ

การปรับความเข้มของแหล่งกำเนิดแสงใช้เพื่อเข้ารหัสข้อมูลบนแหล่งกำเนิดแสง การปรับความเข้มสามารถทำได้โดยตรงจากแหล่งกำเนิดแสง ตัวอย่างที่ง่ายที่สุดอย่างหนึ่งคือการใช้ไฟฉายเพื่อส่งรหัสมอร์สอีกวิธีหนึ่งคือการนำแสงจากแหล่งกำเนิดแสงมาปรับความเข้มในตัวปรับความเข้มแสง ภายนอก ^{[ 11 ]}

หัวข้อเพิ่มเติมที่ครอบคลุมโดยงานวิจัยด้านการมอดูเลชั่นคือรูปแบบการมอดูเลชั่น การเข้ารหัส แบบเปิด-ปิด (On-off keying)เป็นรูปแบบการมอดูเลชั่นที่ใช้กันทั่วไปในการสื่อสารด้วยแสง ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการศึกษาค้นคว้าเกี่ยวกับรูปแบบการมอดูเลชั่นขั้นสูงกว่า เช่น การเข้ารหัส แบบเปลี่ยนเฟส (Phase-shift keying)หรือแม้แต่การมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความถี่เชิงตั้งฉาก (Orthogonal frequency-division multiplexing)เพื่อลดผลกระทบต่างๆ เช่นการกระจายตัว (dispersion)ที่ทำให้คุณภาพของสัญญาณที่ส่งลดลง

โฟโตนิกส์ยังรวมถึงการวิจัยเกี่ยวกับระบบโฟโตนิกส์ด้วย คำนี้มักใช้กับ ระบบ การสื่อสารด้วยแสงขอบเขตการวิจัยนี้มุ่งเน้นไปที่การนำระบบโฟโตนิกส์ไปใช้ เช่น เครือข่ายโฟโตนิกส์ความเร็วสูง ซึ่งรวมถึงการวิจัยเกี่ยวกับตัวทวนสัญญาณการสื่อสารด้วยแสงซึ่งช่วยปรับปรุงคุณภาพสัญญาณแสง^{[ 12 ]}

วงจรโฟโตนิกแบบรวม (PICs) เป็นอุปกรณ์โฟโตนิกเซมิคอนดักเตอร์แบบรวมที่ทำงานด้วยแสง การใช้งานเชิงพาณิชย์ชั้นนำของ PICs คือตัวรับส่งสัญญาณแสงสำหรับเครือข่ายออปติกของศูนย์ข้อมูล PICs ที่ผลิตบน แผ่นเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์อินเดีย มฟอสไฟด์ III-V เป็นรุ่นแรกที่ประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์^{[ 13 ]}ปัจจุบัน PICs ที่ใช้แผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนเป็นเทคโนโลยีเชิงพาณิชย์แล้วเช่นกัน

การประยุกต์ใช้งานที่สำคัญของเทคโนโลยีโฟโตนิกส์แบบบูรณาการ ได้แก่:

• การเชื่อมต่อศูนย์ข้อมูล: ศูนย์ข้อมูลยังคงเติบโตอย่างต่อเนื่องเนื่องจากบริษัทและสถาบันต่างๆ จัดเก็บและประมวลผลข้อมูลในระบบคลาวด์มากขึ้น ด้วยการเพิ่มขึ้นของการประมวลผลในศูนย์ข้อมูล ความต้องการของเครือข่ายศูนย์ข้อมูลจึงเพิ่มขึ้นตามไปด้วย สายเคเบิลใยแก้วนำแสงสามารถรองรับแบนด์วิดท์เลนที่มากขึ้นในระยะการส่งข้อมูลที่ยาวนานกว่าสายเคเบิลทองแดง สำหรับระยะทางสั้นๆ และอัตราการส่งข้อมูลสูงสุด 40 Gbit/s สามารถใช้ วิธีการที่ไม่รวมวงจร เช่น เลเซอร์เปล่งแสงพื้นผิวโพรงแนวตั้งสำหรับตัวรับส่งสัญญาณแสงบนเครือข่ายใยแก้วนำ แสง แบบมัลติโหมด^{[ 14 ]}นอกเหนือจากช่วงและแบนด์วิดท์นี้ วงจรโฟโตนิกแบบรวมเป็นกุญแจสำคัญในการสร้างตัวรับส่งสัญญาณแสงที่มีประสิทธิภาพสูงและต้นทุนต่ำ
• การประยุกต์ใช้สัญญาณ RF แบบอนาล็อก: การใช้การประมวลผลสัญญาณที่มีความแม่นยำระดับ GHz ของวงจรโฟโตนิกแบบรวม ทำให้สามารถจัดการสัญญาณความถี่วิทยุ (RF) ได้อย่างแม่นยำสูง เพื่อเพิ่มหรือลดช่องสัญญาณวิทยุหลายช่องที่กระจายอยู่ทั่วช่วงความถี่กว้างพิเศษ นอกจากนี้ วงจรโฟโตนิกแบบรวมยังสามารถกำจัดสัญญาณรบกวนพื้นหลังออกจากสัญญาณ RF ได้อย่างแม่นยำอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน และทำให้สามารถสร้างมาตรฐานใหม่ในด้านประสิทธิภาพการใช้พลังงานต่ำได้ เมื่อรวมกันแล้ว การประมวลผลที่มีความแม่นยำสูงนี้ทำให้เราสามารถบรรจุข้อมูลจำนวนมากเข้าไปในการสื่อสารทางวิทยุระยะไกลพิเศษได้^{[ 15 ]}
• เซ็นเซอร์: โฟตอนยังสามารถใช้ในการตรวจจับและแยกแยะคุณสมบัติทางแสงของวัสดุได้ พวกมันสามารถระบุแก๊สเคมีหรือชีวเคมีจากมลพิษทางอากาศ ผลผลิตอินทรีย์ และสารปนเปื้อนในน้ำได้ นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในการตรวจจับความผิดปกติในเลือด เช่น ระดับน้ำตาลในเลือดต่ำ และวัดไบโอเมตริก เช่น อัตราการเต้นของชีพจร^{[ 16 ]}
• LIDARและการสร้างภาพด้วยอาร์เรย์เฟส อื่นๆ : อาร์เรย์ของ PIC สามารถใช้ประโยชน์จากความล่าช้าของเฟสในแสงที่สะท้อนจากวัตถุที่มีรูปร่างสามมิติเพื่อสร้างภาพสามมิติขึ้นใหม่ และ Light Imaging, Detection and Ranging (LIDAR) ด้วยแสงเลเซอร์สามารถเสริมเรดาร์ ได้ โดยการให้ภาพที่มีความแม่นยำสูง (พร้อมข้อมูลสามมิติ) ในระยะใกล้ รูปแบบใหม่ของการมองเห็นด้วยเครื่องจักร นี้ กำลังถูกนำไปใช้ในรถยนต์ไร้คนขับเพื่อลดการชน และในการถ่ายภาพทางการแพทย์ อาร์เรย์เฟสยังสามารถใช้สำหรับการสื่อสารในพื้นที่ว่างและเทคโนโลยีการแสดงผลแบบใหม่ได้อีกด้วย LIDAR รุ่นปัจจุบันส่วนใหญ่อาศัยชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ ทำให้มีขนาดใหญ่ ช้า ความละเอียดต่ำ ราคาแพง และมีแนวโน้มที่จะเกิดการสั่นสะเทือนทางกลและล้มเหลวก่อนกำหนด โฟโตนิกส์แบบบูรณาการสามารถสร้าง LIDAR ได้ภายในพื้นที่ขนาดเท่าแสตมป์ สแกนได้โดยไม่ต้องใช้ชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ และสามารถผลิตได้ในปริมาณมากด้วยต้นทุนต่ำ^{[ 17 ] [ 18 ]}

ไบโอโฟโตนิกส์ใช้เครื่องมือจากสาขาโฟโตนิกส์ในการศึกษาชีววิทยาไบโอโฟโตนิกส์มุ่งเน้นไปที่การปรับปรุงความสามารถในการวินิจฉัยทางการแพทย์เป็นหลัก (เช่น สำหรับโรคมะเร็งหรือโรคติดเชื้อ) ^{[ 19 ]}แต่ยังสามารถนำไปใช้กับสิ่งแวดล้อมหรือการใช้งานอื่นๆ ได้อีกด้วย^{[ 20 ] [ 21 ]}ข้อดีหลักของแนวทางนี้คือความเร็วในการวิเคราะห์ การวินิจฉัย แบบไม่รุกรานและความสามารถในการทำงานในสถานที่จริง

• นาโนออปติกส์
• โอพี-เทค
• ออปโทรนิกส์ / ออปโตอิเล็กทรอนิกส์
• โฟโตนิกส์อินทรีย์
• โฟโตนิกส์ที่ได้รับแรงบันดาลใจจากชีววิทยา
• เสาโฟโตนิกส์ (บนเรือดำน้ำ)
• เรดาร์โฟตอนิกส์
• สมาคมอุตสาหกรรมโฟโตนิกส์แห่งยุโรป
• ฟอรัมระดับโลก IOWN
• สมาคมโฟโตนิกส์ IEEE