انقلاب نور: فوتونیک زیرساخت حیاتی آینده

مقالات

13 بازدید

۱۴۰۴-۰۹-۲۹

3 دقیقه

نویسنده: حسن کاشی
درباره نویسنده: ---

نور در همه جا وجود دارد و نقشی حیاتی در زندگی روزمره ما ایفا می‌کند. انرژی به شکل نور خورشید به زمین می‌آید. نور به گیاهان امکان می‌دهد تا غذا بسازند. نور اساس فناوری‌هایی مانند فیبر نوری است که رایانه‌ها و تلفن‌های هوشمند را قادر می‌سازد تا از طریق اینترنت به یکدیگر متصل شوند. نور همچنین می‌تواند یک ابزار باشد: نور متمرکز می‌تواند فلزات را ببرد یا در پزشکی برای انجام جراحی مورد استفاده قرار گیرد.

فناوری مبتنی بر نور که فوتونیک نامیده می‌شود نیز موتور محرک رشد اقتصادی جهان را تقویت می‌کند. کاربردهای آن تقریباً بر هر جنبه‌ای از زندگی مدرن تأثیر می‌گذارد؛ از نظارت بر آب‌وهوا و اقلیم گرفته تا ساخت خودروهای جدید، و از کشاورزی پیشرفته تا اصلاح بینایی.

ارزش پولی تمام کالاها و خدمات نهایی تولیدشده در سراسر جهان در سال ۲۰۲۱ (تولید ناخالص داخلی جهانی) بالغ بر حدود ۹۶ تریلیون دلار آمریکا بود. ارزش محصولات و خدمات فعال‌شده توسط نور سالانه بین ۷ تا ۱۰ تریلیون دلار برآورد می‌شود، که به این معنی است که علم و کاربرد نور – که فوتونیک نامیده می‌شود – تقریباً ۱۱٪ از اقتصاد جهان را نمایندگی می‌کند.

فوتونیک، علم و کاربرد نور است؛ فناوری تولید، کنترل و تشخیص نور است. ویژگی‌های امواج نور یا فوتون‌های منفردی که نور را تشکیل می‌دهند، می‌توانند برای کاوش جهان، درمان بیماری‌ها و حتی حل جرایم مورد استفاده قرار گیرند. فوتونیک در زندگی روزمره ما تا حدی فراگیر است که قرن بیست و یکم «عصر فوتون» نامیده شده است.

دانشمندان صدها سال در حال مطالعه نور بوده‌اند، اما تنها در قرن هفدهم بود که سر آیزاک نیوتن نشان داد که نور سفید از رنگ‌های مختلف نور تشکیل شده است. رنگ‌های رنگین‌کمان تنها بخش کوچکی از محدوده کامل طول‌موج نور هستند که «طیف الکترومغناطیسی» نامیده می‌شود. فوتونیک کل طیف الکترومغناطیسی را پوشش می‌دهد؛ از پرتوهای گاما تا امواج رادیویی، شامل پرتوهای ایکس، نور فرابنفش(UV) و تور فروسرخ(IR).

نمودار “طیف الکترومغناطیسی” (Electromagnetic Spectrum) که بر روی امواج با طول موج بلند و فرکانس پایین تمرکز دارد. نمودار به صورت افقی و لایه‌بندی شده از چپ به راست تنظیم شده است.

در آغاز قرن بیستم، ماکس پلانک و بعدها آلبرت اینشتین پیشنهاد کردند که نور هم موج است و هم ذره، نظریه‌ای که در آن زمان بسیار بحث‌برانگیز بود. چگونه می‌توان نور همزمان دو چیز کاملاً متفاوت باشد؟ آزمایش‌های بعدی این دوگانگی در ماهیت نور را تأیید کرد. واژه «فوتونیک» حدود سال ۱۹۶۰ پدیدار شد، زمانی که تئودور مایمن برای اولین بار لیزر را عملاً نشان داد.

حتی اگر نتوانیم کل طیف الکترومغناطیسی را ببینیم، امواج نور مرئی و نامرئی بخشی از زندگی روزمره ما هستند. فوتونیک همه‌جا حاضر است: در الکترونیک مصرفی (اسکنرهای بارکد، کارت‌خوان‌های مترو، پخش‌کننده‌های دی‌وی‌دی، کنترل‌های تلویزیون، عینک های VR)، مخابرات (فیبر نوری، لیزرها، سوئیچ‌ها)، سلامت (جراحی چشم، ابزارهای پزشکی، MRI)، تولید (برش و ماشین‌کاری لیزری، کنترل کیفیت با XRay)، دفاع و امنیت (دوربین‌های فروسرخ، سنجش از دور، سلاح‌های لیزری) و سرگرمی (هولوگرافی، پروژکتورهای سینما) و احتمالا کاربردهایی که درآینده کشف خواهند شد.

نمودار طیف الکترومغناطیسی که بر روی امواج با طول موج کوتاه و انرژی بالا تمرکز دارد.

کاربرد فوتونیک در آینده

فوتونیک به عنوان یکی از پایه‌های اساسی انقلاب فناورانه قرن بیست‌ویکم، آینده‌ای درخشان و تاثیرگذار را در پیش رو دارد. پیش‌بینی می‌شود که با ادغام هرچه بیشتر فوتونیک با حوزه‌هایی مانند هوش مصنوعی، محاسبات کوانتومی و زیست‌فناوری، شاهد ظهور نسل جدیدی از دستگاه‌های هوشمند، سیستم‌های ارتباطی فوق‌سریع و روش‌های درمانی دقیق و شخصی‌سازی‌شده باشیم. این فناوری نه تنها کیفیت زندگی روزمره را متحول خواهد کرد، بلکه با ارائه راه‌حل‌هایی برای چالش‌های جهانی مانند انرژی پاک، امنیت سایبری و مراقبت‌های بهداشتی مقرون‌به‌صرفه، به یکی از اصلی‌ترین موتورهای محرک رشد پایدار اقتصادی تبدیل خواهد شد. با این وجود، تحقق کامل این چشم‌انداز در گرو سرمایه‌گذاری مستمر در پژوهش، توسعه زیرساخت‌ها و تربیت نیروی انسانی متخصص در این حوزه است.

وضعیت فوتونیک در ایران و راه‌های پیشرفت

صنعت فوتونیک در ایران از توان علمی قابل توجهی در سطح دانشگاه‌ها و مراکز پژوهشی برخوردار است. پژوهشگران ایرانی در حوزه‌هایی مانند لیزر، فیبر نوری، حسگرهای نوری و فوتونیک کوانتومی دستاوردهای قابل‌توجهی در سطح بین‌المللی داشته‌اند. با این حال، شکاف عمیقی بین پژوهش و صنعت وجود دارد که موجب شده بسیاری از این دانش‌ها به محصولات تجاری و فناوری‌های بومی تبدیل نشوند. در حال حاضر، بخش عمده‌ای از قطعات و سیستم‌های فوتونیکی پیشرفته در کشور وارداتی هستند و وابستگی خارجی در این حوزه‌های حیاتی چشمگیر است.

ایران دارای پتانسیل عظیم انسانی و علمی برای تبدیل شدن به یکی از قطب‌های منطقه‌ای فوتونیک است. کلید موفقیت، خروج از انفعال پژوهشی و حرکت به سمت اقتصاد مبتنی بر فناوری‌های پر ارزش افزوده است. با برنامه‌ریزی بلندمدت، سرمایه‌گذاری هوشمند و ایجاد پیوند مؤثر بین تمام اجزای این اکوسیستم، می‌توان نه‌تنها وابستگی را کاهش داد، بلکه در برخی حوزه‌های خاص به صادرکننده فناوری‌های فوتونیکی تبدیل شد. این مسیر اگرچه چالش‌برانگیز است، ولی با توجه به نقش حیاتی فوتونیک در انقلاب صنعتی چهارم، فرصتی استراتژیک و اجتناب‌ناپذیر برای کشور محسوب می‌شود.

شاید برای شما مفید باشد:

ماهواره GPS III

منابع