فتونیک و کاربردهایش در زندگی انسان

استادیار فیزیک دانشگاه صنعتی اصفهان گفت: بسیاری از هزینه‌ها به واسطه‌ علم فتونیک کاهش می‌یابد و تقریبا به یک بیستم هزینه‌های سابق چه در مصارف خانگی و چه در صنعتی و بازار می‌رسد.

پیمان صاحب سرا در گفت‌و گو با ایسنا، در خصوص فتونیک فیزیک اظهار کرد: یکی از گرایش‌های رشته فیزیک از ابتدا گرایش اتمی و مولکولی بوده است که بخش‌های بسیاری از رشته لیزر و اپتیک را می‌پوشاند. اکنون رشته‌های فیزیک و برق بسیار به یکدیگر نزدیک شده‌اند و این امر تحولی در دسته‌بندی گرایش‌ها به وجود آورده است که منجر به به‌وجود آمدن گرایش فتونیک شده است. گرایش فتونیک به دو بخش فوتون (اپتیک) و الکترونیک تقسیم می‌شود.

وی با اشاره به اینکه گرایش‌های عمده فتونیک در ایران به سه بخش فتونیک فیزیک، فتونیک الکترونیک و فتونیک مخابرات تقسیم می‌شود، افزود: لیزر و بخش بایو فیزیک، بایو اپتیک، اپتوژنتیک و بخش تهیه ادوات اپتیکی در این گرایش‌ها می‌گنجد.

استاد دانشکده فیزیک دانشگاه اصفهان درخصوص کاربردهای علم فتونیک در ایران اظهار کرد: در ایران گروه‌های مختلفی روی این علم کار می‌کنند. در دانشگاه صنعتی اصفهان، یک گروه در دانشکده برق به صورت جدی در حال انجام فعالیت در این شاخه هستند، البته این گرایش را نداشته‌ایم ولی اکنون در حال راه‌اندازی آن هستیم. به صورت نامنسجم افرادی در زمینه اپتیک فعالیت‌هایی داشته‌اند اما درصدد منسجم کردن این فعالیت‌ها هستیم.

صاحب سرا با اشاره به عملکرد مراکز پژوهشی دیگر در رابطه با علم فتونیک افزود: دانشگاه شهید بهشتی تهران و پژوهشکده‌هایی در دانشگاه تبریز و اصفهان روی این علم کار می‌کنند. بسیاری از این مراکز از اپتیک برای طراحی و ساخت ادوات اپتیکی مثل ساخت لنزها، عدسی‌ها، آینه‌ها، دوربین‌ها، میکروسکوپ و تلسکوپ استفاده می‌کنند. در ایران طراحی و ساخت لیزرهای اتمی نیز در بخش انرژی اتمی انجام می‌شود.

وی با اشاره به این که اخیرا توجه بیشتری به اپتیک کوانتومی می‌شود، تصریح کرد: اپتیک کوانتومی در سامانه‌های کوانتومی کاربرد دارد. برای مثال در پیام رسانی در کوانتوم کامپیوتر (رایانه‌های کوانتومی) مورد استفاده قرار می‌گیرد. این رایانه‌ها نسل بعدی کامپیوترها هستند که سرعت و دقت انتقال اطلاعات بسیار بالاتری نسبت به رایانه‌های عادی دارند.

وی با بیان اینکه بررسی اجزاء زیستی (بایو فتونیک) که از زیر شاخه‌های این گرایش است، اخیرا پیشرفت‌های چشمگیری را به خود اختصاص داده است، افزود: در شاخه‌های بیو فتونیک و نوروفتونیک نیز فعالیت‌های بسیاری برای کنترل مغز و نورون‌ها به وسیله ابزار اپتیکی انجام شده است. رایانه‌های کوانتومی یک آرمان برای بشر است که فاصله زیادی تا تولید آن نداریم. در این سیستم می‌توان از سرعت زیاد فوتون‌های نوری برای انتقال اطلاعات استفاده کرد. اگر این رایانه‌ها به همراه اپتیک نوری به مرحله عملی برسند، در نوع خود بی‌رقیب هستند.

عضو هیات علمی دانشکده فیزیک دانشگاه اصفهان افزود: نانو ذرات پلاسمونیک که یکی دیگر از زیر شاخه‌های فتونیک به حساب می‌آید، کاربردهای حسگری دارد که در سنسورها مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین سلول‌های خورشیدی که عملا ابزار فتونیکی به حساب می‌آیند، امروزه در ایران بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند.

وی گفت: منبع دیگری از انرژی که می‌توان بدون نیاز به آب، باتوجه به شرایط جغرافیایی کشور از آن استفاده کرد، سلول‌های خورشیدی است. گروه‌های دیگر مثل اپتیک خطی و بیناب نمای لیزری در صنعت استفاده می‌شود و کاربرد بسیار وسیعی دارد که نزدیک‌ترین زیرشاخه فیزیک به صنعت است و علم را مستقیما به صنعت عرضه می‌کند تا مورد استفاده قرار بگیرد.

صاحب سرا ادامه داد: اخیرا انواع حسگرها (حرکتی، حساس به گاز، حساس به شعله و...) چه در خودروها و چه در منازل و در جامعه برای یافتن آلاینده‌ها، از لیزرها برای نمایشگرهای لیزری، خطوط انتقال مخابراتی، دیودهای نوری و چراغ‌های ال ای دی همه از علم اپتیک منشا می‌گیرند. وسعت این علم امروزه در زندگیمان به قدری زیاد است که گریز ناپذیر به نظر می‌رسد.

صاحب سرا با اشاره به اینکه علم اپتیک را به نیوتن نسبت می‌دهند، اظهار کرد: اپتیک علمی قدیمی است که کشورهای صنعتی مثل آمریکا روی این علم کار می‌کند. دکتر علی جوان که در دانشگاه کلمبیا 70 سال پیش تدریس کرده بود، مخترع لیزر هلیوم نئون بود که باعث افتخار همه ایرانیان است.

وی افزود: فتونیک که پیوندی است بین علم اپتیک و الکترونیک، علم نسبتا جوانی است که از دهه‌های اول قرن بیست و یکم به صورت جدی مورد تمرکز قرار گرفته است و زمانی که رایانه‌های کوانتومی به میان آمد، به صورت بنیادی، مکانیک کوانتومی کاربرد و اثراتش در صنعت جدی شد. کشور ما نیز نه تنها در این زمینه عقب نیست، بلکه تقریبا به صورت پایاپای با کشورهای دیگر متوجه اهمیت این علم شده و در حال دنبال کردن آن است.

دبیر کارگاه فتونیک فیزیک با اشاره به این که علم فتونیک از مزایای بی شماری برخوردار است، گفت: امروزه در بسیاری از مسائل اپتیک تنها راه حل است. برای مثال استفاده از سیم مفتول مسی برای مخابرات نه تنها به صرفه نیست، بلکه امکان پذیر هم نیست؛ چرا که هزینه‌های سنگینی دارد. به جای استفاده از مفتول مسی از فیبر های نوری (تار نوری) استفاده می‌شود که این تارها در کشور خودمان تولید می‌شود که مخابرات با پهنای بالا می‌تواند پیام‌ها را با سرعت بیشتری مخابره کند. یکی از کاربردهای این تارهای نوری اینترنت پرسرعت است که مردم روزانه از آن استفاده می‌کنند.

صاحب سرا با بیان اینکه بسیاری از هزینه‌ها به واسطه‌ علم فتونیک کاهش می‌یابد و تقریبا به یک بیستم هزینه‌های سابق، چه در مصارف خانگی و چه در صنعتی و بازار می‌رسد، افزود: امروزه می‌توان با تهیه یک لامپ ال ای دی با قیمت مناسب مدت زمان زیادی را از نور سفید و سالم آن استفاده کرد. با توجه به مصرف انرژی پایین این لامپ‌ها هزینه‌ها نیز بسیار کاهش می‌یابد. اینها از ساده‌ترین کاربردهای بخش‌هایی از فتونیک در زندگی روزمره است.

وی در پاسخ به این پرسش که فتونیک چه تاثیراتی بر روی علم پزشکی داشته است، تصریح کرد: از نظر زیستی و بیولوژیکی فتونیک در علم پزشکی پیشرفت بسیاری کرده است؛ به صورتی که در فیزیولوژی مغز راهی به جز استفاده از علم فتونیک وجود ندارد؛ نورون‌های مغز وظیفه انتقال اطلاعات در شبکه عصبی مغز را به عهده دارند که گاهی دچار اختلال می‌شوند.

صاحب سرا خاطرنشان کرد: این علم سعی می‌کند که به روش‌های اپتیکی و الکترونیکی جریان انتقال پیام نورون‌ها را برقرار کند. آزمایش‌های جدیدی در راستای همگون سازی نورون‌ها انجام شده است. در بیوفتونیک هم روند به همین شکل است، مثل اثر فتون بر روی سلول‌های سرطانی یا جوش دادن عصبهایی در شبکه چشم و یا کاربردهای لیزر در برش‌ها و دوختن‌ها در جراحی‌ها. اخیرا دستگاه‌ هایی برای این عمل‌ها وجود دارد.

کارگاه فتونیک با موضوع پیشرفت‌های اخیر و کاربردها روز چهارشنبه، 27 بهمن ماه در دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی اصفهان برگزار می‌شود.

منبع: ایسنا

10