فوتونیک علم ایجاد ، کنترل و آشکار کردن فوتونهایی که کاربرد آن از زندگی روزمره گرفته تا علوم پیشرفته را شامل می شود . از جمله نتایج خوبی که این علم به همراه داشته است اختراع فیبر نوری می باشد .
فیبر نوری هبزار ساخته شده از شیشه یا پلاستیک است به قطر تار موی انسان نور را در طول خود جا به جا می کند . نور در داخل فیبر نوری بوسیله بازتاب کلی نگه داشته می شود . فیبر نوری شامل سه بخش هسته ، روکش Clading و بافر رویه است . از لحاظ کلی دو نوع فیبر داریم : تک حالتی و چند حالتی . فیبر نوری کاربردهای فراوانی دارد .
شاید یکی از عوامل رخ دادن انقلاب در فوتونیک استفاده از نوعی موج به نام سالیتون نوری در فیبرهای نوری باشد . سالیتونها نسل ویژه ای از پالسهای نوری هستند که جوابهای معادله غیر خطی شرودینگر (NLSE) که پالسهای درون فیبر توسط آن توزیح داده میشود ، می باشد . سالیتون به موج منفردی می گویند که با شکل ، ارتفاع و سرعت ثابت به انتشار و پیشروی در محیط ادامه میدهند .
سالیتونها در بسیاری از زمینه ها مثل پلاسما ، زیست شناسی ، فیبرهای غیر خطی ، جو و ... وجود دارد .
سالیتونها در فیبر نوری با به موازنه در آوردن دو نیروی مخالف ، پاشندگی و مدولاسیون خود فاز ایجاد میشود . به این ترتیب که مدولاسیون خود فاز منجر میشود که فرکانسهای پایین تر در سمت پیشرو و فرکانسهای بالاتر در سمت دنباله پالس باشد و این سبب chirt شدن موج می شود . در حالیکه در پاشندگی غیر عادی فرکانسهای پایین تر آرام تر از فرکانسهای بالاتر حرکت می کنند بنابراین موج کمپرس پالس می شود . این کمپرس chirt موج را از بین می برد و پهنای ابتدایی پالس در تمام طول فیبر حفظ می شود و سالیتون نوری تشکیل می شود .
فیبر نوری و سالیتون
ظهور فیبرهای نوری انقلاب وتحولی در سیستم های ارتباط از راه دوردر تمام دنیا به وجود آورده است. که تبادل حجم زیاد وبی سابقه ای از اطلاعات را با سرعت نور ممکن می سازد البته این انقلاب را می توان به عرصه علم فوتونیک نسبت داد. همانطور که پدیده های الکترونیکی نوظهور کیفیت زندگی را در قرن 20 ارتقاء بخشید، علم فوتونیک هم قصد دارد این کار را در قرن 21انجام دهد.
فوتونیک
فوتونیک علم ایجاد، کنترل وآشکار کردن فوتون هاست. اگر بخواهیم تعریف ماکروسکوپیک ازفوتونیک ارائه دهیم باید این طور تعریف کردکه:فوتونیک علم تابش، ارسال، تقویت، آشکار سازی وتعدیل نور است. این شاخه از اپتیک نتایج بسیار خوبی راتا کنون در علم نور شناسی پدید آورده است، که اختراع نیمه رساناهای ساتع کننده نور در سال 1960 وفیبرنوری در سال 1970از جمله مهم ترین این یافته هاست.
فوتونیک ارتباط تنگاتنگی با اپتیک دارد، اگر چه در کشفیات گذشته اپتیکی، کوانتومی بودن نور طی آزمایش اثر فوتوالکتریک توسط اینشتین در سال 1905توضیح داده شد ووسایل اپتیکی همچون لنز ها وآیینه های انکساری ووسایل مختلف دیگری تا قبل از سال 1900شناخته شدند اما کلید اصلی علم اپتیک کلاسیک یعنی اصل هویگنس، معادلات ماکسول ومعادلات موج وابستگی به خصوصیات کوانتومی نو ندارد. مفهوم فوتونیک تقریبا با اپتیک کوانتومی، الکترونیک کوانتومی، الکترواپتیک واپتو الکتریک که همگی جزء اپتیک مدرن می باشند، یکی است.
اگرچه مصارف مختلف آنها در زمینه های مختلف اعم از علمی، دولتی ومراکز خریدمتفاوت است. از آن جاییکه اپتیک کوانتومی اغلب در جریان پروژه های تحقیقاتی بنیادی مورد استفاده قرار می گیرد
فوتو نیک هم به مصرف تحقیقاتی وتو سعه ایی می آید. فوتونیک به طور ویژه به مباحث زیر توجه دارد:
1. خواص ذرات نور
2. استفاده از فوتون ها در فناوری ساخت دستگاهای پردازش سیگنال
3. استفاده از فناوری اپتیک کوانتومی که ما در به ساخت دستگاهایی با هزینه کم است.
4. ایجاد تناست با الکترونیک
دامنه کاربرد فوتونیک تا حدی گسترده است که از زندگی روزمره تاعلوم پیشرفته را شامل می شود، در این جا فقط به نام بردن برخی از این کار بردها می پردازیم:
1. آشکار سازی نور
2. ارتباطات از راه دور (فیبر های نوری مخابراتی، مبدل های نوری به میکرو ویو. )
3. پردازش اطلا عات
4. روشنایی
5. اندازه گیری (اندازه گیدی فرکانس وزمان و تخمین مسافت)
6. طیف نمایی
7. ایجاد تصاویر لیزری
8. پزشکی (تصحیح ودرمان عیب بینایی، جراحی با لیزر، جراحی با آندسکوپی وایجاد ورفع خالکوبی های موضعی)
9. نظامی( حسگرهای مادون قرمز(IR)، کنتر ل وفرماندهی، ناوبری، عملیات تجسس ونجات، کشف وهدف گیری)
10. هنرهای دیواری (نمایش های لیزری، تصویر سازی های سه بعدی، وسایل پرتوافکنی)
11. ساخت روبات
12. کشاورزی
13. علوم زیستی
14. هوانوردی (ژیروسکوپ فوتو نیکی فاقد بخش متحرک)و. . . .
از جمله ابزارهای کاربردی که به لحاظ اقتصادی حائز اهمیت هستند نیمه رسانای فوتوتنیکی با کارایی مثبت اطلاعات اپتیکی توسط فیبر های نوری برای ارتبا طات از راه دور، چاپ لیزری (بر مبنای عکسبرداری)اجرای نمایش ها، لیزر های توان بالا با پمپ نوری)
فیبر نوری
فیبر نوری یک ابزار نوری شناخته شده از شیشه وپلاستیک است که نور را در طول خودجابه جا می کند. فیبر های نوری نتیجه ی همکاری علوم کاربردی و مخصوصی در طراحی و کار برد است.
امروزه استفاده از فیبرهای نوری به دلیل مزیت های فوق العاده، در انتقال اطلاعات در طی مسیرهای طولانی باپهنای باند بسیار زیاد، بر دیگر ابزارهای ارتباطی گسترش یافته است.
بدلیل از دست دادن اطلاعات در طی مسیر در ساخت فیبرهای نوری از فلزات استفاده نمی شود، در صورتیکه این فیبرها کاملا از هر گونه تداخل های مغناطیسی مصون هستند. طراحی فیبرها به گونه ای انجام شده که بتوان از آنها کاربردهای متنوعی همچون استفاده در فیبرهای لیزری وحسگرها را شاهد بود.