لیزر وفتونیک

واژه‌ی فوتونیک در طی دهه‌ی اخیر و به خاطر شباهت با واژه‌‌ی الکترونیک ابداع شده است. همان‌گونه كه ازاین واژه برمی‌آید اپتیك و الكترونیك (به‌ویژه بخشی از الكترونیك كه به نقش مواد نیمه‌رسانا در سیستم‌های نوری می‌پردازد) در رشته‌ی فوتونیك ارتباطی تنگاتنگ دارند. همان‌طور كه می‌دانید الکترونیک با بارهای الكتریكی و فوتونیک با فوتون‌ها سروکار دارد. فوتونیک و ارتباطات نوری فوتونیک و فناوری‌های نوری 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، زیست‌فناوری (Biotechnology) ، حس‌گر‌های نوری (optical sensing) ایجاد خواهد كرد. فناوری‌های کلیدی برای قرن آینده: فوتونیك و فناوری‌های نوری (Photonics and Opticl technologies) نانوتکنولوژی (Nanotechnology) زیست‌فناوری (Biotechnology) اكنون ما در آغاز دیدن ثمره‌ی اکتشافات علمی در سه یا چهار دهه‌ی اخیر هستیم. در دهه‌ی 1960 مطالعه‌ی برخی ویژگی‌های منحصر به‌فرد و ناشناخته‌ی نور به ایجاد و توسعه‌ی حوزه‌ی نوینی به‌نام لیزر منجر شد. نور هم‌دوس (coherent light) می تواند به روش‌های جدیدی كه برای نور ناهم‌دوس (Incoherent light) غیرممكن است، هدایت، كانونی و منتشر شود. این ویژگی منحصر به فرد نور لیزر مخابرات فیبرنوری (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)، اپتیك‌ انطباقی برای پژوهش‌های ستاره‌شناسی كه در زمین انجام می‌شود و حس‌گرهای امواج فروسرخ برای همه چیز:از دستگاه کنترل از راه دور گرفته تا تجهیزات دید شب ( night-vision) و حتا منبع‌های نوری با بازده بالا. اگرچه دانش اپتیك در زندگی كنونی ما نفوذ و تاثیر به‌سزایی دارد، نقش اصلی و ضروری آن توان‌مند كردن فناوری در سیستم‌های بزرگ‌تر است.  اپتیك و فناوری‌های نوری: اپتیك (optics) رشته‌ای از دانش و مهندسی فناوری‌ها و پدیده‌های فیزیکی‌ای است که با تولید (generation)، ارسال (transmission)، دستکاری (manipulation)، ردیابی (detection)، و به‌کارگیری (utilization) نور مرتبط هستند. سه پیش‌رفت بزرگ که در چهل سال اخیر سبب پیش‌رفت‌هایی در این زمینه‌شده‌اند: •اختراع لیزر •ساخت فیبرهای نوری با اتلاف کم •معرفی دستگاه های نیمه رسانا بر اساس این ابداع‌ها، رشته‌های علمی زیر به‌وجود آمدند: الكترواپتیك:Electro-optics عموماً به دستگاه‌های نوری که در آن‌ها پدیده‌های الکتریکی نقش ایفا می‌کنند اشاره دارد. (لیزر و تعدیل کننده‌های Electro-optic و سوئیچ‌ها) اُپتوالكترونیك (Optoelectronics): نوعاً به دستگاه‌هایی اطلاق می شود که ذاتاً الكترونیكی هستند ولی نور هم در آن‌ها به نحوی دخیل است( به‌عنوان مثال می‌توان دستگاه‌های ساطع کننده‌ی نور و آرایه‌های حس‌گر را نام برد). Quantum electronics: در دستگاه‌هایی که اصول كاركرد آن‌ها به برهم‌كنش میان نور و ماده مربوط است، استفاده می‌شود. Quantum Optics: زمینه‌ای از دانش است كه ویژگی‌های هم‌دوس بودن و كوانتمی نور را توضیح می دهد. Lightwave technology: برای توضیح دستگاه‌ها و سیستم‌ها در ارتباط نوری استفاده می شود. تعریف فوتونیک و فناوری های نوری:واژه‌ی فوتونیک در طی دهه‌ی اخیر و به خاطر شباهت با واژه‌‌ی الکترونیک ابداع شده است.  همان‌گونه كه ازاین واژه برمی‌آید اپتیك و الكترونیك (به‌ویژه بخشی از الكترونیك كه به نقش مواد نیمه‌رسانا در سیستم‌های نوری می‌پردازد) در رشته‌ی فوتونیك ارتباطی تنگاتنگ دارند. همان‌طور كه می‌دانید الکترونیک با بارهای الكتریكی و فوتونیک با فوتون‌ها سروکار دارد. اصطلاحات اپتیک (optics) و فوتونیک (photonics) تمایز واضحی از یك‌دیگر ندارند. حوزه های پر اهمیت در آینده:اپتیك (optics) در فناوری اطلاعات و مخابرات •انتقال اطلاعات •پردازش اطلاعات •ذخیره ی نوری (optical storage) •نمایش اپتیك در مراقبت از سلامتی و علوم زندگی •عمل جراحی و دارو •ابزار برای زیست •زیست‌فناوری مشاهدات نوری، روشنایی و انرژی •حس گرهای نوری و سیستم های تصویری •روشنایی (روشنایی حالت جامد) •حس گرهای نوری و روشنایی در حمل و نقل •انرژی (سلول های خورشیدی) اپتیك برای ارتش و نظام و کاربردهای نظارتی و مراقبتی •نظارت و مراقبت •دید شب •فعالیت سیستم های لیزری در جو و فضا •سیستم های فیبرنوری •صفحه‌های رادار (Displays) اپتیك (optics) در ساخت و تولید •استفاده از نور برای كاربرد‌های صنعتی •استفاده‌ی نور در علم اندازه‌گیری نوری (optical metrology) برای کنترل ساخت •کاربردهای خاص صنعتی •افزایش استفاده از اپتیك در ساخت فناوری اطلاعات و مخابرات فناوری اطلاعات طی دهه‌ی گذشته پیش‌رفت فوق‌العاده‌ای داشته است. به‌عنوان 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 تماس‌های تلفنی عبور‌کننده از سرتاسر ایالات متحده توسط کابل‌های فیبر نوری حمل می شد؛ در حالی كه اكنون بیش از 90 درصد خطوط انتقالی را فیبر نوری تشكیل می‌دهد. برای برآورده كردن نیازهای رایانه‌ها و مخابرات در 10 تا 20 سال آینده بایستی دانش فوتونیك برای انتقال، سوئیچ‌كردن، ذخیره‌ی داده ها و...راه‌حل‌های خوبی ارایه كند. در بسیاری از این زمینه‌ها توان بالقوه‌ی پیش‌رفت چشم‌گیری دیده می‌شود. اگرچه برخی مؤسسه‌ها به این رشد فزاینده در شبكه‌ی مخابرات پرسرعت جهانی دست یافته اند، هنوز زیرساختارهای لازم برای فراهم كردن امكان دست‌رسی افراد( مصرف‌كننده‌های منفرد) به این فناوری به‌وجود نیامده‌اند. در پزشکی اپتیك گستره‌ی وسیعی از درمان‌های نوین را در اختیار پزشكان قرار می‌دهد؛ این گستره از جراحی لیزری قلب تا تشخیص زودرس سرطان سینه و مشاهده‌ی گلوکز بدون استفاده از سوزن برای افراد مبتلا به دیابت را در بر می‌گیرد. اپتیك، ابزارهای پژوهشی‌ی زیستی نوینی را برای تصویربرداری، سنجش، تجزیه و تحلیل و دست‌كاری فراهم کرده است. در زیست‌فناوری، وجود لیزرها در سیستم‌های توالی‌یابی sequencing) DNA) ضروری است. اپتیك چنان نقش مهمی در دانش حیات و پزشكی بازی می‌كند كه سازمان‌هایی كه به این رشته‌ها مربوط هستند باید این پیش‌رفت‌ها را بشناسند و خود را با آن سازگار كنند. پژوهش‌هایی كه در حوزه ی منابع روشنایی و سیستم‌های پخش نور به کاهش شدید مصرف برق منجر شده‌بود، اكنون به روشنایی اختصاص داده شده است. حس‌گرهای نوری جدید در حال افزایش دادن دید بشر، نمایش جزئیات، آشکاركردن اطلاعاتی که هرگز پیش از این مشاهده نشده بودند، هستند: دوربین‌های فروسرخ که تصاویر ماهواره‌ای از الگوهای ابرها و هوا را فراهم می كند؛ میدان دید در شب برای استفاده از عوامل اجرای قانون؛ ردیاب‌های حرکتی فروسرخ برای امنیت منازل، کنترل فرایند‌های 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 پیش‌رفت در زمینه‌ی سلول‌های خورشیدی سبب خواهد شد در اواسط این قرن نیمی از نیاز انرژی در سراسر جهان توسط انرژی خورشید فراهم شود. این پیش‌رفت‌ها بر مسئله‌ی انرژی و مسائل مربوط به آن در یک مقیاس بین المللی تأثیرخواهد گذاشت. اپتیك تأثیر اقتصادی قابل توجهی در ساخت، به خصوص از ابتدای ورود لیزرهای قابل اعتماد، ارزان‌قیمت و سیستم تصویربرداری لیزری داشته‌است. امروزه حضور تکنیک‌های نوری 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 صفحه‌های رادار نیمه رسانا، اعزام کاوش گر تشخیصی برای مشاهده و کنترل فرایندهای شیمیایی، علم اندازه‌گیری (metrology) و حتی سیستم های هدایت لیزری در ساخت تونل ها. در محدوده ی کاربردهای نظامی، فناوری‌های نوری از اجزای ارزان قیمت تا سیستم های پیچیده و گران قیمت، در همه‌جا حضور دارند. امروزه لیزرها در همه چیز، از هدف گیری و محدوده یابی تا کشتیرانی، مورد استفاده قرار می‌گیرند. اپتیك رشته ای فوق العاده پویا و قوی است. کاربرد های متنوع آن ارتباطات مهمی در جامعه را باعث شده‌اند كه همان‌طور كه پیش از این دیدیم زمینه‌هایی مانند مخابرات، پزشكی، انرژی و كاربردهای نظامی از جمله‌ی آن‌ها هستند. چشم‌انداز آینده:پیش‌رفت اپتیك در آینده زندگی ما را دست‌خوش تغییر خواهد كرد ، آن‌چنان كه حتا نمی‌توانیم آن را تصوركنیم. تقریباً در تمام حوزه‌هایی که بیان کردیم، انتظار می‌رود که علم اپتیك موجب تغییر در جهان شود. بی شک آینده، ما را شگفت زده خواهد کرد، اما اکنون چشم‌انداز روشنی وجود دارد: در آینده‌ای نه چندان دورهمه‌ی نقاط جهان به‌وسیله‌ی شبكه‌ی مخابراتی پرسرعت فیبر نوری با یك‌دیگر مرتبط خواهند شد و پیش‌رفت‌ها در زمینه‌های مختلف دانش و فناوری اپتیك سبب تولید انبوه ابزارها وسیستم‌های نوری ارزان‌قیمت و باكیفیت بالا خواهند شد. این منجر به رشد و پیشرفت ارتباطات پر‌سرعت داده‌های اینترنتی می شود. در مراقبت سلامتی، پیشرفت روش های نوری برای نظارت بر فرایندهای زیستس انسانی تأثیر زیادی در تشخیص و درمان خواهد داشت. بسیاری ازحوزه های تشخیصی و درمانی پزشکی ونیز پژوهش‌های زیست پزشکی (biomedical) و بالا بردن کیفیت زندگی نیز از تأثیر پیش‌رفت‌های اپتیك به‌وفور بهره خواهند برد.اكنون خطر گرم‌شدن زمین و افزایش حجم گازهای گل‌خانه‌ای در جو زمین بحرانی جهانی به‌شمار می‌آید بنابراین ضروری است كه از انرژی عاقلانه تر استفاده کنیم. فناوری‌های بسیار کارآمد روشنایی (high efficient lighting technology) به طور چشم‌گیری انرژی لازم برای روشنایی را كاهش می‌دهد. سلول های خورشیدی با تولید جریان الكتریكی از نور خورشید از وابستگی ما به سوخت های فسیلی خواهند كاست. در صنعت، حس گرهای نوری و تصویرگرهای فروسرخ انقلابی در کنترل فرایند ساخت و عمل آوری مواد خواهند داشت. کارخانه‌ها حس‌گرهای 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 تراشه‌ها به فوتولیتوگرافی وابسته است، تولید طرح‌هایی کوچک‌تر از 0.1 میکرومتر، نیاز به ابزارهای نوری دارند که از اشعه ی ایکس یا حداکثر نور فرابنفش استفاده می کنند. اپتیك در کشف سلاح های شیمیایی و زیستی استفاده خواهد شد. این حضور در همه جا و در آن واحد به دردسترس بودن سیستم‌های ارزان قیمت نوری وابسته است نقش اپتیك در پژوهش‌ها که به‌سرعت در اکثر رشته های مربوط به علم و فناوری ظاهر می‌شود, در آینده تنها به تصور ما محدود خواهد شد. سیستم های پرقدرت لیزری, امکان ساخت شتاب‌دهنده‌های ذرات را که در آن‌ها حد انرژی ذره در آزمایش‌های فیزیک ذرات افزایش یافته است، فراهم می کند. لیزرها, اتم های منفرد را در تله‌های نوری دست‌كاری خواهند کرد. آزمایش‌های تداخل سنج لیزر می تواند رازهای جاذبه‌ی زمین را حل کند. منابع اشعه یx ابزارهای جدیدی را برای فهم دینامیک مواد فراهم خواهد کرد و ... http://www.laser-mj.blogfa.com/