فوتونيك

واضح آرشیو وب فارسی:فان پاتوق: فوتونيك

واژه.ي فوتونیک در طي دهه.ي اخير و به خاطر شباهت با واژه..ي الکترونیک ابداع شده است. همان.گونه كه ازاين واژه برمي.آيد اپتيك و الكترونيك (به.ويژه بخشي از الكترونيك كه به نقش مواد نيمه.رسانا در سيستم.هاي نوري مي.پردازد) در رشته.ي فوتونيك ارتباطي تنگاتنگ دارند. همان.طور كه مي.دانيد الکترونیک با بارهای الكتريكی و فوتونیک با فوتون.ها سروکار دارد.

فوتونیک و فناوری.های نوری

امروزه نور با روش.های مختلف زندگی ما را چنان تحت تاثیر قرار داده است که تا چند دهه.ی پیش حتی به ذهنمان خطور هم نمی.کرد. نور در آینده نقش.های مهم.تری خواهد یافت. از جمله با فراهم كردن مقدمات انقلاب مخابرات فیبر نوری در جهان شرایطی جدید دركاربرد پزشکی، زيست.فناوري (Biotechnology) ، حس.گر.هاي نوری (optical sensing) ايجاد خواهد كرد.

فناوری.های کلیدی برای قرن آینده:

فوتونيك و فناوری.های نوری (Photonics and Opticl technologies)

نانوتکنولوژی (Nanotechnology)

زيست.فناوری (Biotechnology)

اكنون ما در آغاز دیدن ثمره.ی اکتشافات علمی در سه یا چهار دهه.ی اخیر هستیم. در دهه.ي 1960 مطالعه.ي برخي ويژگي.هاي منحصر به.فرد و ناشناخته.ي نور به ايجاد و توسعه.ی حوزه.ي نويني به.نام لیزر منجر شد. نور هم.دوس (coherent light) می تواند به روش.هاي جديدي كه براي نور ناهم.دوس (Incoherent light) غيرممكن است، هدایت، كانوني و منتشر شود. این ویژگی منحصر به فرد نور لیزر مخابرات فيبرنوري (fiber-optic communications) ، دیسک.های فشرده (compact disks)، جراحی لیزری و دسته.ای دیگر از کاربردها را ممکن ساخته است.

کاربردهای نور ناهم.دوس (incoherent light) نیز به همین فراوانی است؛ سیستم.های لیتوگرافی نوری (optical lithography) برای الگوسازی تراشه.های کامپیوتری، میکروسکوپ.هایی با قدرت تفکیک بالا (high-resolution)، اپتيك. انطباقي براي پژوهش.هاي ستاره.شناسي كه در زمين انجام مي.شود و حس.گرهای امواج فروسرخ برای همه چیز:از دستگاه کنترل از راه دور گرفته تا تجهیزات دید شب ( night-vision) و حتا منبع.هاي نوري با بازده بالا.

اگرچه دانش اپتيك در زندگی كنوني ما نفوذ و تاثیر به.سزايی دارد، نقش اصلی و ضروري آن توان.مند كردن فناوري در سيستم.هاي بزرگ.تر است.

اپتيك و فناوری.های نوری:
اپتيك (optics) رشته.ای از دانش و مهندسي فناوري.ها و پدیده.های فیزیکی.اي است که با تولید (generation)، ارسال (transmission)، دستکاری (manipulation)، ردیابی (detection)، و به.کارگیری (utilization) نور مرتبط هستند.
سه پیش.رفت بزرگ که در چهل سال اخير سبب پيش.رفت.هايي در اين زمينه.شده.اند:

•اختراع لیزر
•ساخت فیبرهای نوری با اتلاف کم
•معرفی دستگاه های نیمه رسانا

بر اساس اين ابداع.ها، رشته.های علمی زیر به.وجود آمدند:

الكترواپتيك:Electro-optics عموماً به دستگاه.های نوری که در آن.ها پديده.هاي الکتریکی نقش ایفا
می.کنند اشاره دارد. (لیزر و تعدیل کننده.های Electro-optic و سوئيچ.ها)

اُپتوالكترونيك (Optoelectronics): نوعاً به دستگاه.هايي اطلاق می شود که ذاتاً الكترونيكي هستند ولي نور هم در آن.ها به نحوي دخيل است( به.عنوان مثال مي.توان دستگاه.های ساطع کننده.ی نور و آرايه.هاي حس.گر را نام برد).

Quantum electronics: در دستگاه.هایی که اصول كاركرد آن.ها به برهم.كنش ميان نور و ماده مربوط است، استفاده می.شود.

Quantum Optics: زمينه.اي از دانش است كه ويژگي.هاي هم.دوس بودن و كوانتمي نور را توضیح می دهد.

Lightwave technology: برای توضیح دستگاه.ها و سیستم.ها در ارتباط نوری استفاده می شود.

تعریف فوتونیک و فناوری های نوری:
واژه.ي فوتونیک در طي دهه.ي اخير و به خاطر شباهت با واژه..ي الکترونیک ابداع شده است.
همان.گونه كه ازاين واژه برمي.آيد اپتيك و الكترونيك (به.ويژه بخشي از الكترونيك كه به نقش مواد نيمه.رسانا در سيستم.هاي نوري مي.پردازد) در رشته.ي فوتونيك ارتباطي تنگاتنگ دارند. همان.طور كه مي.دانيد الکترونیک با بارهای الكتريكی و فوتونیک با فوتون.ها سروکار دارد.
اصطلاحات اپتیک (optics) و فوتونیک (photonics) تمايز واضحي از يك.ديگر ندارند.

حوزه های پر اهمیت در آینده:
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
•زيست.فناوري
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 شب
•فعالیت سیستم های لیزری در جو و فضا
•سیستم های فيبرنوري
•صفحه.های رادار (Displays)

اپتيك (optics) در ساخت و تولید
•استفاده از نور برای كاربرد.هاي صنعتی
•استفاده.ی نور در علم اندازه.گیری نوری (optical metrology) برای کنترل ساخت
•کاربردهای خاص صنعتی
•افزایش استفاده از اپتيك در ساخت

فناوری اطلاعات و مخابرات
فناوری اطلاعات طی دهه.ی گذشته پيش.رفت فوق.العاده.اي داشته است. به.عنوان مثال، فیبر نوری برای مخابرات در سرتاسر جهان با نرخی برابر 1000 متر در ثانیه کار گذاشته شده است. درست 10 سال قبل، فقط 10 درصد از تمام تماس.های تلفنی عبور.کننده از سرتاسر ایالات متحده توسط کابل.های فیبر نوری حمل می شد؛ در حالي كه اكنون بيش از 90 درصد خطوط انتقالي را فيبر نوري تشكيل مي.دهد. براي برآورده كردن نيازهاي رايانه.ها و مخابرات در 10 تا 20 سال آينده بايستي دانش فوتونيك براي انتقال، سوئيچ.كردن، ذخيره.ي داده ها و...راه.حل.هاي خوبي ارايه كند. در بسياري از اين زمينه.ها توان بالقوه.ي پيش.رفت چشم.گيري ديده مي.شود. اگرچه برخي مؤسسه.ها به اين رشد فزاينده در شبكه.ي مخابرات پرسرعت جهاني دست یافته اند، هنوز زيرساختارهاي لازم براي فراهم كردن امكان دست.رسي افراد( مصرف.كننده.هاي منفرد) به اين فناوري به.وجود نيامده.اند.

در پزشکی اپتيك گستره.ي وسيعي از درمان.های نوين را در اختيار پزشكان قرار مي.دهد؛ اين گستره از جراحی لیزری قلب تا تشخیص زودرس سرطان سینه و مشاهده.ی گلوکز بدون استفاده از سوزن برای افراد مبتلا به دیابت را در بر مي.گيرد. اپتيك، ابزارهای پژوهشي.ي زیستی نويني را برای تصويربرداري، سنجش، تجزیه و تحلیل و دست.كاري فراهم کرده است. در زيست.فناوری، وجود لیزرها در سیستم.های توالي.يابي sequencing) DNA) ضروری است. اپتيك چنان نقش مهمي در دانش حيات و پزشكي بازي مي.كند كه سازمان.هايي كه به اين رشته.ها مربوط هستند بايد اين پيش.رفت.ها را بشناسند و خود را با آن سازگار كنند.
پژوهش.هايي كه در حوزه ي منابع روشنایی و سیستم.های پخش نور به کاهش شديد مصرف برق منجر شده.بود، اكنون به روشنایی اختصاص داده شده است. حس.گرهای نوري جدید در حال افزایش دادن دید بشر، نمایش جزئیات، آشکاركردن اطلاعاتی که هرگز پیش از این مشاهده نشده بودند، هستند: دوربین.های فروسرخ که تصاویر ماهواره.ای از الگوهای ابرها و هوا را فراهم می كند؛ میدان دید در شب برای استفاده از عوامل اجرای قانون؛ ردیاب.های حرکتی فروسرخ برای امنیت منازل، کنترل فرایند.هاي صنعتی بر خط (.on-line)
دوربین های دیجیتالی با قدرت تفکیک بالا در شرف ایجاد تغییرات اساسی و کامپیوتری کردن عکاسی و چاپ هستند. احتمالاً پیش.رفت در زمينه.ي سلول.های خورشيدي سبب خواهد شد در اواسط اين قرن نيمي از نياز انرژي در سراسر جهان توسط انرژي خورشيد فراهم شود. این پیش.رفت.ها بر مسئله.ي انرژي و مسائل مربوط به آن در یک مقیاس بین المللی تأثیرخواهد گذاشت.
اپتيك تأثیر اقتصادی قابل توجهي در ساخت، به خصوص از ابتدای ورود لیزرهای قابل اعتماد، ارزان.قیمت و سیستم تصویربرداری لیزری داشته.است. امروزه حضور تکنیک.های نوري در صنایع گوناگون مانند ساخت نیمه رساناها و تولید محصولات شیمیایی قطعی شده است.

سایر کاربردها موارد زیر را شامل می شود:
جوشکاری لیزری ، تولید مدل لیزری، تعمیر لیزری در صفحه.هاي رادار نیمه رسانا، اعزام کاوش گر تشخیصی برای مشاهده و کنترل فرایندهای شیمیایی، علم اندازه.گيري (metrology) و حتی سیستم های هدایت لیزری در ساخت تونل ها.
در محدوده ی کاربردهای نظامی، فناوری.هاي نوري از اجزای ارزان قیمت تا سیستم های پیچیده و گران قيمت، در همه.جا حضور دارند.
امروزه لیزرها در همه چیز، از هدف گیری و محدوده یابی تا کشتیرانی، مورد استفاده قرار مي.گيرند.

اپتيك رشته ای فوق العاده پویا و قوی است. کاربرد های متنوع آن ارتباطات مهمي در جامعه را باعث شده.اند كه همان.طور كه پيش از اين ديديم زمينه.هايي مانند مخابرات، پزشكي، انرژي و كاربردهاي نظامي از جمله.ي آن.ها هستند.

چشم.انداز آينده:
پيش.رفت اپتيك در آینده زندگی ما را دست.خوش تغيير خواهد كرد ، آن.چنان كه حتا نمي.توانيم آن را تصوركنيم. تقریباً در تمام حوزه.هایی که بیان کردیم، انتظار می.رود که علم اپتيك موجب تغییر در جهان شود. بی شک آینده، ما را شگفت زده خواهد کرد، اما اکنون چشم.انداز روشني وجود دارد: در آينده.اي نه چندان دورهمه.ي نقاط جهان به.وسيله.ي شبكه.ي مخابراتي پرسرعت فيبر نوري با يك.ديگر مرتبط خواهند شد و پيش.رفت.ها در زمينه.هاي مختلف دانش و فناوري اپتيك سبب توليد انبوه ابزارها وسيستم.هاي نوري ارزان.قيمت و باكيفيت بالا خواهند شد.
این منجر به رشد و پیشرفت ارتباطات پر.سرعت داده.های اینترنتی می شود. در مراقبت سلامتی، پیشرفت روش های نوری برای نظارت بر فرایندهای زيستس انساني تأثیر زيادی در تشخیص و درمان خواهد داشت.
بسیاری ازحوزه های تشخیصی و درمانی پزشکی ونيز پژوهش.هاي زیست پزشکی (biomedical) و بالا بردن کیفیت زندگی نيز از تأثير پيش.رفت.هاي اپتيك به.وفور بهره خواهند برد.اكنون خطر گرم.شدن زمين و افزايش حجم گازهاي گل.خانه.اي در جو زمين بحراني جهاني به.شمار مي.آيد بنابراين ضروري است كه از انرژي عاقلانه تر استفاده کنیم. فناوری.های بسیار کارآمد روشنايی (high efficient lighting technology) به طور چشم.گيري انرژی لازم برای روشنایی را كاهش مي.دهد. سلول های خورشیدی با تولید جريان الكتريكي از نور خورشید از وابستگی ما به سوخت های فسیلی خواهند كاست. در صنعت، حس گرهای نوری و تصويرگرهای فروسرخ انقلابي در کنترل فرایند ساخت و عمل آوری مواد خواهند داشت.
کارخانه.ها حس.گرهای نوری را به طور گسترده ای در ساخت همه چیز، از پارچه تا خودرو به کار خواهند گرفت. دوربین های دیجیتالی جایگزین فیلم عکاسی در چاپ و عکاسی خواهند شد. در صنعت الکترونیک که برای ساخت الگوهای مدار در تراشه.ها به فوتولیتوگرافی وابسته است، تولید طرح.هایی کوچک.تر از 0.1 میکرومتر، نیاز به ابزارهای نوری دارند که از اشعه ی ایکس یا حداکثر نور فرابنفش استفاده می کنند.
اپتيك در کشف سلاح های شیمیایی و زیستی استفاده خواهد شد.
این حضور در همه جا و در آن واحد به دردسترس بودن سیستم.های ارزان قیمت نوری وابسته است

نقش اپتيك در پژوهش.ها که به.سرعت در اکثر رشته های مربوط به علم و فناوری ظاهر مي.شود, در آینده تنها به تصور ما محدود خواهد شد. سیستم های پرقدرت لیزری, امکان ساخت شتاب.دهنده.های ذرات را که در آن.ها حد انرژی ذره در آزمایش.هاي فیزیک ذرات افزایش يافته است، فراهم می کند. لیزرها, اتم های منفرد را در تله.هاي نوري دست.كاري خواهند کرد. آزمایش.هاي تداخل سنج لیزر می تواند رازهای جاذبه.ی زمین را حل کند. منابع اشعه یx ابزارهای جدیدی را برای فهم دینامیک مواد فراهم خواهد کرد و ...

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: فان پاتوق]

[مشاهده در: www.funpatogh.com]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 458]