فوتونیک و نانو فوتونیک

در این مطلب به تاریخچه ی پیدایش علم فوتونیک و شاخه های آن ،نقش فوتون در گسترش علم الکترونیک و همچنین مفهوم و کاربردهای نانوفوتونیک اشاره شده است.

در دهه هشتاد کامپیوترهای شخصی در عرصه صنعت دنیا پدیدار شد که با ایجاد مدارهای مجتمع دیجیتال مقدور گردیدند. در این عرصه محدودیت های زیادی برای فشرده کردن عناصر فعال نیمه هادی وجود داشت. از جمله این محدودیتها، محدودیتهای انتقال الکترون بخاطر کوبلاژهای الکترومغناطیسی و ... است که بر سر راه انتقال وجود دارد.

مجموعه مشکلات موجود بر سر راه انتقال ذره الکترون در مخابرات، پردازش اطلاعات، تصویر (عمل سریال در پردازش) و .. همه تلاش بر سر یافتن ذره ای که عمل مشابه الکترون را انجام داده ولی مشکلات ذکر شده آن را نداشته باشد به وجود آورده است.این تلاشها فوتون را به عنوان ذره جایگزین الکترون مطرح ساخته است.

پیشرفت های اخیر در زمینه نور که از سال 1960 شروع شده است به حدی رسیده که بایستی رشته و تخصص جداگانه ای برای فراگیری و پیشرفت در این عرصه تعریف شود.

این رشته با نام فوتونیک و در سه شاخه الکترونیک، مخابرات و فیزیک وظیفه ایفای این نقش را دارد.

فوتونیک

در قرن بیستم علم الکترونیک با کشف و اختراع لامپ خلا توسط فلمینگ آغاز شد و حدود 35 سال اول قرن طول کشید تا به یک تکنولوژی تمام عیار تبدیل شود.

در این مدت هم تئوری مخابرات و هم تکنولوژی آن از پیشرفت قابل ملاحظه ای برخوردار گردید تا اینکه به یک صنعت کامل تبدیل شد.این صنعت تا 1945 به تکامل خود ادامه داد ولی ضعف های این صنعت از جمله خرابی لامپ ها، حجم زیاد، ولتاژ کار بالا، حمل و نقل مشکل، روز به روز بیشتر نمایان شد. در این تاریخ در آزمایشگاه بل  گروهی برای رفع عیب های ذکر شده در صنعت لامپ خلا تشکیل شد که بعد از دو سال موفق گردید با معرفی الکترونیک حالت جامد تمام ضعفهای ذکر شده را از بین ببرد و در سال 1947 ترانزیستور BJT  را معرفی نمودند. اختراع ترانزیستور منجر به پیشرفت فوق العاده ای در همه عرصه های علم و تکنولوژی قرن بیستم گردید. تمام کامپیوتر ها، PLC ها ماهواره ها و ... همه دست آوردهای اخیر اختراع ترانزیستور هستند.

اختراع ترانزیستور  جز  بیست  اختراع  و  کشف  مهم  قرن  بیستم  می باشد.

فوتونیک- الکترونیک

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 عهده 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 حوزه فوتونیک شاخه الکترونیک آن بررسی می‌شود و بر عهده این بخش است.

Left: Prof. John Bowers (UCSB), right: Dr. Mario Paniccia Intel

فوتونیک- مخابرات

ساخت فیبر نوری  و اختراع لیزر بشر را به این سو هدایت کرد تا مخابراتی پیشرفته بر مبنای این دو تکنولوژی بسازد. این مخابرات اکنون به ظهور رسیده است و روز به روز بر قدرت و سرعت آن افزوده می‌شود.

سیستم‌های مخابرات نوری یا همان مخابرات بر پایه لیزر و فیبر نوری هنوز در کار با سیگنال‌های مخابراتی از سیستم‌های الکترونیکی استفاده می‌کند که سرعت کار آنها را به شدت پایین می‌آورد. این مشکل با تمام نوری کردن تمامی ادوات به کار رفته در این مدارات ممکن است. به همین دلیل یکی از جبهه‌های پر رونق در علم فوتونیک امروز ساخت جایگزین‌های این اداوات الکترونیکی به صورت نوری می‌باشد.

فوتونیک- فیزیک

شاخه دیگری از علم فوتونیک فوتونیک- فیزیک است. در این شاخه نیز به مباحث بسیار زیادی از جمله روابط حاکم بر برهمکنش نور با ماده، میکروسکوپ‌های روبشی میدان نزدیک نوری و ... پرداخته می‌شود.

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.

(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.)

فرآوری:محمدجوادتابش

بخش دانش و زندگی تبیان

---

منابع:

 Online course on Nanophotonics.

Larry Bock, Nanosys, July/ August 2003.

 Nanophotonics: A marketing challenge Tom Hausken Laserfocusworld December .2004

Global community charts a course for Nanophotonics KATHYKINCADE laserfocusworld August 2005.-

roshd

      2611&SSOReturnPage=Check&Rand=0