با فوتونیک بیشتر آشنا شویم

امتیاز کاربران

ستاره غیر فعالستاره غیر فعالستاره غیر فعالستاره غیر فعالستاره غیر فعال
 

پیشرفت روز افزون تکنولوژی و ساخت قطعات الکترونیکی کوچک و کوچک‌تر تا به آنجا ادامه یافته است که امروزه پیش‌بینی می‌شود که در چند سال آینده دیگر نتوان قطعاتی از این کوچک‌تر ساخت که قادر به عبور جریان الکتریسیته باشند به گونه‌ای که در آنها عبور یک الکترون برابر خواهد بود با برقراری جریان و عدم عبور آن یعنی قطع جریان الکتریکی. این مساله باعث شده تحلیل مدارات دیگر از حوزه الکترونیک کلاسیک خارج شده و بررسی چنین سیستمی بر عهدهٔ مکانیک کوانتمی نهاده شود که دارای مشکلات خود می‌باشد. این امر باعث شده است تا دانشمندان به فکر جایگزینی برای الکترون بیافتند تا مشکلات الکترون را نداشته باشد و در اولین گزینه‌ها فوتون یعنی کوانتای نور را جایگزینی مناسب یافتند.

پس، از این پس باید به دنبال ساخت ادواتی بود که جای ادوات الکترونیکی را در مدارات بگیرد و در آنها فوتون نقش اساسی را بازی کند. تحقیقاتی که این هدف را دنبال می‌کنند در حوزهٔ فوتونیک شاخه الکترونیک آن بررسی می‌شود و بر عهده این بخش است.

یکی از شاخه های جدید و مهم علوم در سالهای اخیر فوتونیک یا مهندسی نور است این علم استفاده از نور ( در تمامی طول موج ها) به منظور تبدیل آن به اطلاعات است. حوزه کاربردهای این فناوری شامل تمامی بخش های مورد نیاز بشر از جمله هوا و فضا، امور دفاعی ، پزشکی و غیره می گردد.

یکی از مهمترین کاربردهای فناوری فوتونیک استفاده از آن در ارتباطات و مخابرات نوری است و بهمین دلیل است که بیشترین توسعه و نوآوری در این زمینه بعمل آمده است. استفاده از این فناوری می تواندبه بسیاری از مشکلات مهم و تقریباً غیرقابل حل مخابرات الکترونیکی نظیر محدودیت عرض باند ارسال حجم محدود اطلاعات بطور همزمان و پائین بودن سرعت انتقال فائق آید.

یک سیستم مخابرات نوری شامل سه بخش عمده مسیر ارسال اطلاعات (فیبرنوری) آشکارسازی اطلاعات و پردازش آن است. هر نو پژوهش در مورد کاربرد فوتونیک در مخابرات لزوماً باید بر روی هر سه نوع فوق و یا حداقل یکی از آن متمرکز گردد. قطب علمی فوتونیک دانشگاه تبریز هدف نهائی خود را کاربرد فوتونیک در مخابرات قرار داده و در نظر دارد با استفاده از تمامی امکانات موجود در هر سه زمینه فوق و به پژوهشهای نظری و تجربی پرداخته و نسبت به تامین زیر ساختاری اساس مورد نیاز کشور در این زمینه اقدام نماید . زمینه های اصلی فعالیت قطب علمی با توجه به امکانات موجود در سه رشته زیر متمرکز خواهد شد که با گسترش امکانات توسعه خواهند یافت.

متذکر می گردد که نتایج حاصل از پژوهش در هر کدام از رشته های زیر علاوه بر کاربرد های آن در مخابرات می توانند در زمینه های مختلفی نیز کاربرد داشته باشند. بعنوان مثال کریستالهای مایع علاوه بر کاربرد آن بعنوان یکی از مواد تشکیل دهنده کریستالهای فوتونی می توانند کاربرد های مهمی در نمایشگرهای دیجیتالی داشته باشند و یا استفاده از آشکارسازهای فوتونی کاربردهای وسیعی در زمینه های پزشکی و دفاعی دارند و پژوهشگران فعال در این قطب هم اکنون نیز قراردادهای پژوهشی با بعضی از موسسات برای طراحی این آشکارسازها در زمینه های مورد نیاز آنان منعقد نموده اند.

کاربردهای نانوفوتونیک را می‌توان به هفت دسته کلیدی شامل نمایشگرها، دیودهای نورافشان، سلول‌های خورشیدی، حسگرها و جفتگرهای نوری، لیزرهای دیودی، لیتوگرافی با لیزر، و فیبرهای ویژه تقسیم‌بندی کرد.

فوتونیک به بررسی‌های برهم‌کنش‌های بین نور و ماده در مقیاس نانو گفته می‌شود. در این شاخه به کاربردهای کریستالهای فوتونیکی پرداخته می‌شود. مفهوم نانوفوتونیک تلفیقی از دو حوزه تشکیل دهنده آن یعنی علم فوتونیک و فناوری نانو می‌باشد. فناوری نانو طبق تعریف عبارت است از دستکاری ماده در سطح مولکولی و اتمی به‌منظور ایجاد ساختارهای مهندسی شده برای کاربردهای معین می‌باشد. اپتیک، لیزر، الکترونیک نوری، حسگرهای نوری، و مخابرات نوری از گونه‌های اصلی این علم هستند.

امروزه نور با روش‌های مختلف زندگی ما را چنان تحت تاثیر قرار داده است که تا چند دهه‌ی پیش حتی به ذهنمان خطور هم نمی‌کرد. نور در آینده نقش‌های مهم‌تری خواهد یافت. از جمله با فراهم كردن مقدمات انقلاب مخابرات فیبر نوری در جهان شرایطی جدید دركاربرد پزشکی، زيست‌فناوري (Biotechnology) ، حس‌گر‌هاي نوری (optical sensing) ايجاد خواهد كرد. 


 فناوری‌های کلیدی برای قرن آینده: 

  1.  فوتونيك و فناوری‌های نوری (Photonics and Optical technologies) 
  2. نانوتکنولوژی (Nanotechnology) 
  3. زيست‌فناوری (Biotechnology) 

اكنون ما در آغاز دیدن ثمره‌ی اکتشافات علمی در سه یا چهار دهه‌ی اخیر هستیم. در دهه‌ي 1960 مطالعه‌ي برخي ويژگي‌هاي منحصر به‌فرد و ناشناخته‌ي نور به ايجاد و توسعه‌ی حوزه‌ي نويني به‌نام لیزر منجر شد. نور هم‌دوس (coherent light) می تواند به روش‌هاي جديدي كه براي نور ناهم‌دوس (Incoherent light) غيرممكن است، هدایت، كانوني و منتشر شود. این ویژگی منحصر به فرد نور لیزر مخابرات فيبرنوري (fiber-optic communications) ، دیسک‌های فشرده (compact disks)، جراحی لیزری و دسته‌ای دیگر از کاربردها را ممکن ساخته است. 

کاربردهای نور ناهم‌دوس (incoherent light) نیز به همین فراوانی است؛ سیستم‌های لیتوگرافی نوری (optical lithography) برای الگوسازی تراشه‌های کامپیوتری، میکروسکوپ‌هایی با قدرت تفکیک بالا (high-resolution)، اپتيك‌ انطباقي براي پژوهش‌هاي ستاره‌شناسي كه در زمين انجام مي‌شود و حس‌گرهای امواج فروسرخ برای همه چیز:از دستگاه کنترل از راه دور گرفته تا تجهیزات دید شب ( night-vision) و حتا منبع‌هاي نوري با بازده بالا. اگرچه دانش اپتيك در زندگی كنوني ما نفوذ و تاثیر به‌سزايی دارد، نقش اصلی و ضروري آن توان‌مند كردن فناوري در سيستم‌هاي بزرگ‌تر است. 

 

اپتيك و فناوری‌های نوری: 

اپتيك (optics) رشته‌ای از دانش و مهندسي فناوري‌ها و پدیده‌های فیزیکی‌اي است که با تولید (generation)، ارسال (transmission)،دستکاری (manipulation)، ردیابی (detection)، و به‌کارگیری (utilization) نور مرتبط هستند. 

سه پیشرفت بزرگ که در چهل سال اخير سبب پيشرفت‌هايي در اين زمينه‌شده‌اند: 

  1. اختراع لیزر 
  2. ساخت فیبرهای نوری با اتلاف کم 
  3. معرفی ادوات نیمه رسانا 

 بر اساس اين ابداع‌ها، رشته‌های علمی زیر به‌وجود آمدند: 

 

  • الكترواپتيك: Electro-optics عموماً به دستگاه‌های نوری که در آن‌ها پديده‌هاي الکتریکی نقش ایفا می‌کنند اشاره دارد. (لیزر و تعدیل کننده‌های Electro-optic و سوئيچ‌ها) 
  • اُپتوالكترونيك (Optoelectronics): نوعاً به دستگاه‌هايي اطلاق می شود که ذاتاً الكترونيكي هستند ولي نور هم در آن‌ها به نحوي دخيل است( به‌عنوان مثال مي‌توان دستگاه‌های ساطع کننده‌ی نور و آرايه‌هاي حس‌گر را نام برد). 
  • Quantum electronics: در دستگاه‌هایی که اصول كاركرد آن‌ها به برهم‌كنش ميان نور و ماده مربوط است، استفاده می‌شود. 
  • Quantum Optics: زمينه‌اي از دانش است كه ويژگي‌هاي هم‌دوس بودن و كوانتمي نور را توضیح می دهد. 
  • Lightwave technology: برای توضیح دستگاه‌ها و سیستم‌ها در ارتباط نوری استفاده می شود. 

 تعریف فوتونیک و فناوری های نوری:

واژه‌ي فوتونیک در طي دهه‌ي اخير و به خاطر شباهت با واژه‌‌ي الکترونیک ابداع شده است.  همان‌گونه كه ازاين واژه برمي‌آيد اپتيك و الكترونيك (به‌ويژه بخشي از الكترونيك كه به نقش مواد نيمه‌رسانا در سيستم‌هاي نوري مي‌پردازد) در رشته‌ي فوتونيك ارتباطي تنگاتنگ دارند. همان‌طور كه مي‌دانيد الکترونیک با بارهای الكتريكی و فوتونیک با فوتون‌ها سروکار دارد. اصطلاحات اپتیک (optics) و فوتونیک (photonics) تمايز واضحي از يك‌ديگر ندارند. 

 

 حوزه های پر اهمیت در آینده فناوری:

  • اپتيك (optics) در فناوری اطلاعات و مخابرات 
  • انتقال اطلاعات 
  • پردازش اطلاعات 
  • ذخیره ی نوری (optical storage) 
  • نمايش 
  • اپتيك در مراقبت از سلامتی و علوم زندگی
  •  عمل جراحی و دارو 
  • ابزار برای زیست 
  • زيست‌فناوري 
  • مشاهدات نوری، روشنایی و انرژی 
  • حس گرهای نوری و سیستم های تصویری 
  • روشنایی (روشنايي حالت جامد) 
  • حس گرهای نوری و روشنایی در حمل و نقل 
  • انرژی (سلول های خورشیدی) 
  • اپتيك برای ارتش و نظام و کاربردهای نظارتی و مراقبتی 
  • نظارت و مراقبت،
  •  دید در شب 
  • فعالیت سیستم های لیزری در جو و فضا 
  • سیستم های فيبرنوري 
  • صفحه‌های رادار (Displays)