فوتونیک رشته ای از علم و مهندسی است که بر مطالعه و دستکاری نور تمرکز دارد. این یک زمینه مهم تحقیقاتی است که انواع پیشرفت های تکنولوژیکی مانند سیستم های ارتباطی بهبود یافته و دستگاه های تصویربرداری پزشکی را ممکن ساخته است. فوتونیک علم ایجاد، کنترل و دستکاری نور است. این شامل طیف گسترده ای از موضوعات، مانند لیزر، نوری، فیبر نوری، تصویربرداری، و اپتوالکترونیک است.
مفهوم فوتونیک قرن هاست که وجود داشته است، اما از قرن بیستم بود که دانشمندان شروع به علاقه جدی به آن کردند. در دهه 1950، اختراع لیزر انقلابی در این زمینه ایجاد کرد. لیزرها دستگاه هایی هستند که یک پرتو باریک از نور بسیار متمرکز تولید می کنند. این چراغ کاربردهای زیادی از جمله ارتباطی، تصویربرداری پزشکی و ساخت دارد. لیزرها دانشمندان را قادر ساخته اند تا نور را به روش هایی مطالعه کنند که قبلاً امکان پذیر نبود.
فوتونیک علاوه بر لیزر از فناوری های دیگری مانند فیبر نوری نیز استفاده کرده است. فیبر نوری رشته های کوچک شیشه ای است که برای انتقال سیگنال های نور در فواصل طولانی استفاده می شود. این فناوری شبکه های ارتباطی سریعتر و مطمئن تری را فعال کرده است. همچنین در دستگاه های تصویربرداری پزشکی مانند آندوسکوپ ها و دستگاه های MRI استفاده شده است.
کاربردها
فوتونیک شاخه ای از علم و فناوری است که به تولید، دستکاری و تشخیص فوتون ها می پردازد. فوتون ها ذرات نور هستند و فوتونیک علم استفاده از نور برای انجام کارهای مختلف است. کاربردهای علم فوتونیک گسترده و متنوع است و شامل همه چیز از مخابرات گرفته تا تصویربرداری پزشکی می شود.
در ارتباطات از راه دور: فوتونیک برای انتقال داده ها در فواصل طولانی استفاده می شود. کابل های فیبر نوری برای ارسال اطلاعات به صورت پالس های نور استفاده می شوند که می توانند صدها کیلومتر را بدون از دست دادن قدرت طی کنند. این فناوری در اینترنت، شبکه های تلفن و سایر سیستم های ارتباطی استفاده می شود. فوتونیک همچنین در ارتباطات ماهواره ای استفاده می شود، جایی که از لیزر برای ارسال و دریافت داده استفاده می شود.
در زمینه تصویربرداری پزشکی: از فوتونیک برای ایجاد تصاویری از داخل بدن انسان استفاده می شود. این فناوری در اشعه ایکس، سی تی اسکن و اسکن MRI استفاده می شود. فوتونیک همچنین در آندوسکوپی استفاده می شود که شامل قرار دادن دوربین در بدن برای مشاهده داخل است. از این فناوری برای تشخیص و درمان بیماری ها و همچنین برای انجام عمل های جراحی استفاده می شود.
در زمینه اپتیک: از فوتونیک برای ایجاد و دستکاری نور استفاده می شود. این فناوری در میکروسکوپ های نوری که از نور برای بزرگنمایی اجسام استفاده می کنند و در لیزرها که از نور برای برش و جوش دادن مواد استفاده می کنند استفاده می شود. فوتونیک همچنین در محاسبات نوری استفاده می شود که از نور برای پردازش داده ها استفاده می کند.
در زمینه انرژی: از فوتونیک برای ایجاد سلول های خورشیدی استفاده می شود که نور خورشید را به الکتریسیته تبدیل می کند. فوتونیک همچنین برای ایجاد LED ها استفاده می شود که در نورپردازی و نمایشگرها استفاده می شود. فوتونیک همچنین برای ایجاد سلول های فتوولتائیک استفاده می شود که نور را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند.
در زمینه تولید: فوتونیک برای ایجاد اجزای کامپیوتر، تلفن و سایر وسایل الکترونیکی استفاده می شود. این فناوری برای ایجاد تراشه های نیمه هادی استفاده می شود که برای ذخیره و پردازش داده ها استفاده می شود. فوتونیک همچنین برای ایجاد نمایشگرها استفاده می شود که در تلفن ها، رایانه ها و سایر دستگاه های الکترونیکی استفاده می شود.
در زمینه نجوم: از فوتونیک برای ایجاد تلسکوپ استفاده می شود که برای رصد ستارگان و کهکشان های دور استفاده می شود. از این فناوری برای ساخت دوربین هایی نیز استفاده می شود که برای عکس برداری از فضا استفاده می شود.
فوتونیک شاخه ای فوق العاده همه کاره از علم و فناوری است و کاربردهای آن تقریباً بی حد و حصر است. در مخابرات، تصویربرداری پزشکی، اپتیک، انرژی، ساخت و ساز و ستاره شناسی استفاده می شود و کاربردهای آن دائما در حال گسترش است. با ادامه پیشرفت فناوری، کاربردهای علم فوتونیک متنوع تر و گسترده تر می شوند.
فوتونیک همچنین برای ایجاد مواد جدید استفاده شده است. به عنوان مثال، محققان کریستال های فوتونیکی را توسعه داده اند که موادی هستند که می توانند نور را به منظور ایجاد اثرات نوری جدید دستکاری کنند. از این مواد می توان برای ایجاد نمایشگرها، فیبرهای نوری و سایر اجزای نوری استفاده کرد.
در نهایت، فوتونیک نیز برای ایجاد اشکال جدید انرژی استفاده شده است. به عنوان مثال، محققان سلول های خورشیدی ساخته اند که از نور برای تولید برق استفاده می کنند. این فناوری امکان توسعه سیستم های انرژی خورشیدی را فراهم کرده است که به عنوان جایگزینی برای اشکال سنتی انرژی به طور فزاینده ای محبوب می شوند.
در خاتمه، فوتونیک یک رشته شگفت انگیز از علم و مهندسی است که پیشرفت های تکنولوژیکی متنوعی را ممکن ساخته است. از آن برای ایجاد لیزر، فیبر نوری، مواد و اشکال جدید انرژی استفاده شده است. با ادامه پیشرفت تحقیقات در این زمینه، این احتمال وجود دارد که در آینده شاهد کاربردهای شگفت انگیزتری از فوتونیک باشیم.