اپتوالکترونیک یکپارچه

اپتوالکترونیک یکپارچه

الکترونیک فوق سریع، فوتونیک و اپتوالکترونیک

نوری الکترونیک مطالعه و کاربرد دستگاه‌ها و سیستم‌های الکترونیکی است که نور را منبع، تشخیص و کنترل می‌کنند که معمولاً زیر شاخه‌ای از فوتونیک در نظر گرفته می‌شود. انواع مختلفی از دستگاه های اپتوالکترونیک وجود دارد.

اپتوالکترونیک ها به انواع مختلفی از جمله

• فتودیود

• سلول های خورشیدی

• دیودهای ساطع نور

• فیبر نوری

• دیودهای لیزری

• دیود عکس

کاربردهای دستگاه های الکترونیک نوری:

1. LED ها می توانند به نسل بعدی روشنایی تبدیل شوند و در هر جایی مانند چراغ های نشانگر، اجزای کامپیوتر، دستگاه های پزشکی، ساعت ها، تابلوهای ابزار، سوئیچ ها، ارتباطات فیبر نوری، لوازم الکترونیکی مصرفی، لوازم خانگی، علائم راهنمایی و رانندگی، چراغ های ترمز خودرو استفاده شوند.

2. سلول های خورشیدی در برق رسانی روستایی، سیستم های مخابراتی، کمک های ناوبری اقیانوسی، و تولید برق در فضا و سیستم های نظارت و کنترل از راه دور و همچنین در پروژه های مختلف مبتنی بر انرژی خورشیدی مورد استفاده قرار می گیرند.

3. فتودیودها در انواع مدارها و کاربردهای مختلف مانند دوربین ها، ابزار پزشکی، تجهیزات ایمنی، صنایع، دستگاه های ارتباطی و تجهیزات صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند.

4. فیبرهای نوری در ارتباطات راه دور، حسگرها، لیزرهای فیبر، زیست پزشکی و در بسیاری از صنایع دیگر استفاده می شود.

5. دیودهای لیزر در ارتباطات فیبر نوری، حافظه های نوری، برنامه های کاربردی نظامی، پخش کننده های سی دی، روش های جراحی، شبکه های محلی، ارتباطات از راه دور، حافظه های نوری، ارتباطات فیبر نوری و در پروژه های الکتریکی مانند خودروی رباتیک کنترل شده با RF استفاده می شود. با چیدمان تیر

آینده فناوری فوتونیک و کاربردهای آن

فناوری فوتونیک گسترده است. فوتونیک چندین کاربرد را ممکن می سازد، از جمله فیبرهای نوری که اطلاعات را از طریق اینترنت منتقل می کنند، صفحه نمایش گوشی های هوشمند و ابزارهای رایانه ای، افزایش دقت تولید، قابلیت های نظامی بهتر، و ابزارهای تشخیص پزشکی بی شماری.

در چند دهه آینده، فرصت هایی که فوتونیک فراهم می کند، این پتانسیل را دارد که تأثیر اجتماعی بسیار بیشتری داشته باشد. فوتونیک در قلب برخی از رقابتی ترین و پرمخاطب ترین بازارهای تاریخ، با صنعت 14.5 میلیارد پوندی خواهد بود.

فیبر نوری با لیزر

لیزرها تا سال 2035 در تمام ارتباطات بین ماهواره‌ای برای ماهواره‌های مدار پایین مورد استفاده قرار خواهند گرفت و سریع‌ترین اتصال را حتی به دورترین نقاط  فراهم می‌کنند.

خطوط نوری برای ارتباطات ماهواره‌ای به زمین برای رفع نیاز روزافزون به پهنای باند مستقل از مکان، عادی خواهد شد.

از آنجایی که نور لیزر یک منبع نور تک طول موج است، برای سیستم های ارتباطی فیبر نوری ایده آل است. نور منتشر شده توسط یک لامپ یا خورشید ترکیبی از چندین طول موج مجزا است. از آنجایی که امواج نور در چنین پرتوی خارج از فاز هستند، پرتو قوی خاصی تشکیل نمی دهد.

از طرف دیگر پرتوهای لیزر دارای یک طول موج هستند و تمام امواج آنها در فاز هستند و در نتیجه نور بسیار شدیدی تولید می کنند. طول موج یک فیبر نوری بر سرعت عبور نور از آن تأثیر می گذارد. از آنجایی که نور معمولی دارای طول موج‌های متنوعی است، تفاوت‌هایی در سرعت انتقال ایجاد می‌شود و تعداد پیام‌هایی را که ممکن است در مدت زمان معینی منتقل شوند، محدود می‌کند.

از آنجایی که نور لیزر یک منبع نوری تک طول موج با فاز ثابت است، نور لیزر به آرامی با پراکندگی بسیار کم حرکت می کند و برای ارتباطات از راه دور بسیار عالی است.

نسل بعدی شبکه نوری پرسرعت

لیزرها ممکن است بتوانند نیازهای نسل بعدی شبکه های نوری پرسرعت را برطرف کنند. آنها به دلیل هزینه ارزان، قابلیت تنظیم گسترده، مصرف انرژی کم و پاسخ طیف عالی، منابع انتقال عالی هستند.

نورهای لیزری به طور گسترده ای به عنوان منابع نور انتقال داده با سرعت بالا در ارتباطات فیبر نوری استفاده می شود. آنها اندازه کوچکی دارند، ادغام آسان و قدرت خروجی بالایی دارند. انتشار تحریک شده انتشار منسجمی را در آن لیزرها ایجاد می کند و تزریق الکتریکی در ناحیه فعال نیمه هادی حاصل می شود.

از آنجایی که این لیزرهای دایود کوچک هستند، می‌توان آن‌ها را با استفاده از تکنیک‌های ساخت به خوبی تولید کرد. لیزرهای نیمه هادی در تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی نوری بسیار کارآمد هستند.

مزایای اقتصادی شناسایی و برچسب گذاری نوری

انتظار می رود دیجیتالی شدن تولید 455 میلیارد پوند منفعت اقتصادی و 4.5 درصد کاهش در انتشار CO2 داشته باشد. یک سوم از 11 میلیارد پوند بازار لیزر در سراسر جهان برای پردازش مواد استفاده می شود.

با این حال، پذیرش صنعت در  کم است، به ویژه در خارج از تولید کنندگان برتر. تا سال 2035، اصلاح این امر باعث ایجاد 8 میلیارد پوند در مجموع درآمد سالانه تولید لیزر می شود

پردازش تصویر لیزری و بینایی کامپیوتری برای حمایت از تولید موتورهای الکتریکی و باتری رقابتی در بریتانیا، از جمله نوآوری مورد نیاز برای انطباق با انواع وسیعی از مواد، حیاتی خواهد بود.

برای مثال، فوتونیک فقط در کشاورزی شروع شده است. دستگاه‌های شیردوشی مبتنی بر لیزر، که اختراع شده‌اند، در حال افزایش در بازار هستند و تولید لبنیات و رفاه حیوانات را افزایش می‌دهند. تا سال 2035، فوتونیک زراعت را دیجیتالی می کند و انقلابی در تولید مواد غذایی ایجاد می کند.

اقتصاد دایره ای

کل ارزش بالقوه اقتصاد دایره ای بسیار فراتر از بازیافت مواد یا بازگرداندن آنها است. این ارزش در استفاده مجدد، تعمیر، نوسازی و ساخت مجدد قطعات و محصولات گنجانده شده است. بنابراین، تقویت این تنظیمات و مهارت‌های معکوس به همان اندازه ضروری است.

شبکه‌های تامین‌کننده ورودی پیچیده و چندلایه توسط مشاغل تسلط یافته است. در بازار فوتونیک، به منظور استفاده از پتانسیل، ارزش و امنیت عرضه در ، شرکت‌ها باید به منظور برآورده کردن تقاضا از بازارهای چند میلیارد پوندی، امکان افزایش مقیاس را در سراسر جهان فراهم کنند. اکنون به همان سطح مهارت برای سازماندهی جریان‌های ارزش پس از استفاده در بسیاری از شرکای چرخه معکوس نیاز است.

بیش از 50 درصد از قیمت های نوبل مربوط به فوتونیک است

برای پیشبرد دانش بشری، تحقیقات بنیادی در مقیاس بزرگ از فوتونیک مانند تلسکوپ، شتاب دهنده ذرات و لیزرهای پرقدرت با پمپاژ نوری استفاده می کنند. در 25 سال گذشته، 50 درصد از تمام جوایز نوبل در فیزیک به اکتشافات فوتونیک مرتبط بوده و یا مستقیماً بر فوتونیک به عنوان یک روش اکتشافی تکیه کرده اند.

از رایانه‌های کوانتومی گرفته تا ارتباطات کوانتومی ایمن، قلمرو جدید هیجان‌انگیز فناوری‌های برهم‌نهی کوانتومی مستقیماً مبتنی بر فوتونیک است یا برای کار کردن به فوتونیک نیاز دارد.

 نیروگاه علمی فوتونیک با رشد بازار بالا

پیش‌بینی اینکه اکتشافات جدید چه، کجا و چه زمانی تولید می‌شوند سخت است، اما واضح است که در اکثر موارد از فوتونیک استفاده می‌شود.  از لیزرهای پرقدرت گرفته تا تلسکوپ‌ها، تک فوتون‌ها و میکروسکوپ‌های با وضوح فوق‌العاده.

تا سال 2035، داده های ارسالی بیش از 99.5 درصد از زمان سفر را به صورت نور منتقل خواهند کرد. در نتیجه، فوتونیک برای امنیت دیجیتال ما حیاتی است. نیاز به تقویت تخصص  در این زیرساخت مهم به وضوح درک شده است. نوآوری هایشامل تقویت کننده های نوری و فیبرهای نوری است.  ارتباطات کوانتومی ایمن در حال توسعه است.

معرفی لیزرها با مهندس شکوفه ساتری

دیود لیزر (LD، همچنین دیود لیزر تزریقی یا ILD، یا لیزر دیود) یک دستگاه نیمه هادی شبیه به دیود ساطع کننده نور است که در آن دیودی که مستقیماً با جریان الکتریکی پمپ می شود می تواند شرایط لیزر را در محل اتصال دیود ایجاد کند.[1]: 3

انتقال p-n که توسط ولتاژ هدایت می شود، امکان ترکیب مجدد یک الکترون با یک سوراخ را فراهم می کند. به دلیل افت الکترون از سطح انرژی بالاتر به سطح پایین تر، تابش به شکل فوتون ساطع شده ایجاد می شود. این انتشار خود به خودی است. انتشار تحریکی می تواند زمانی ایجاد شود که این فرآیند ادامه یابد و نوری با فاز، انسجام و طول موج یکسان تولید کند.

انتخاب ماده نیمه هادی طول موج پرتوی ساطع شده را تعیین می کند که در دیودهای لیزر امروزی از طیف مادون قرمز تا طیف UV متغیر است. دیودهای لیزری رایج ترین نوع لیزر تولید شده با طیف وسیعی از کاربردها هستند که شامل ارتباطات فیبر نوری، بارکدخوان، نشانگرهای لیزری، خواندن/ضبط دیسک CD/DVD/Blu-ray، چاپ لیزری، اسکن لیزری و روشنایی پرتو نور می شود. . با استفاده از فسفری مانند آنچه در LED های سفید یافت می شود، می توان از دیودهای لیزر برای روشنایی عمومی استفاده کرد.

لیزرهای نیمه هادی: مروری بر دستگاههای تجاری

فقط در طی چند دهه ، دیود لیزر نیمه هادی به خانواده ای از دستگاه های قابل اعتماد و قابل اعتماد تبدیل شده است که دارای بازده تبدیل فردی بهتر از 60 درصد ، توان خروجی مداوم چندین کیلووات ، نرخ مدولاسیون چند ده گیگا هرتز و طول موج از 0.4 است. تا بیش از 2 میکرومتر. در این مقاله ساختارها و مشخصات رایج ترین انواع تجاری مورد بحث قرار می گیرد. 

لیزرهای صنعتی

لیزرهای صنعتی لیزرهایی برای کاربرد در صنعت هستند. یک نمونه کلاسیک طیف گسترده ای از لیزرها (یا سیستم های کامل لیزر) برای استفاده در پردازش مواد لیزر است ، به عنوان مثال برای برش لیزر ، جوشکاری و مارک گذاری. سایر کاربردهای لیزر صنعتی دیگر از جمله اندازه گیری نوری با تداخل سنج های لیزری و اسکنرهای لیزری ، نمونه برداری نوری بر روی تراشه های نیمه هادی و حسگرهای فیبر نوری وجود دارد. ارتباطات فیبر نوری در اصل همچنین می تواند به عنوان یک کاربرد لیزر صنعتی در نظر گرفته شود. با این حال اغلب ، اصطلاح لیزرهای صنعتی در زمینه تولید استفاده می شود.

پیشرفت کشش نوری برای تصویربرداری با توان بالا

در ابتدا برای ارتباطات فیبر نوری توسعه یافته است ، کشش زمان نوری به تازگی برای تصویربرداری نوری فوق العاده سریع و حساس ، با سرعت تصویربرداری بی سابقه میلیون ها فریم یا اسکن در ثانیه استفاده شده است. از سال 2009 ، فرصت های جدیدی برای تسریع در توسعه تشخیص پزشکی فراهم کرده است ، جایی که نیاز به مقیاس توان و دقت وجود دارد. ما اخیراً فناوری دستیابی به تصویربرداری کششی نوری با عملکرد بالا را در هر دو مقیاس تک سلولی و بافتی پیشرفت داده ایم. 

کاربردهای لیزر

کاربردهای لیزر

هنگامی که لیزرها در سال 1960 اختراع شدند ، به آنها "راه حل در جستجوی مشکل" گفته شد.  از آن زمان ، آنها همه گیر شده اند ، و پیدا کردن ابزار در هزاران برنامه کاربردی بسیار متنوع در هر بخش از جامعه مدرن ، از جمله الکترونیک مصرفی ، فناوری اطلاعات ، علوم ، پزشکی ، صنعت ، اجرای قانون ، سرگرمی و ارتش. ارتباطات فیبر نوری با استفاده از لیزرها یک فناوری کلیدی در ارتباطات مدرن است و امکان ارائه خدماتی مانند اینترنت را فراهم می آورد.

 

ارتباطات فیبر نوری

ارتباطات فیبر نوری

هر دو لیزر و فیبر نوری به طور مستقل به اجزای حیاتی بسیاری از صنایع تبدیل شده اند. هنگامی که این دو با هم ترکیب می شوند ، بالگردهای احتمالی آنها وجود دارد. در داخل کابل های فیبر نوری ، بسته های الیاف بلند و باریک و شفاف توسط یک ماده بازتابنده احاطه شده اند. نور از یک انتها وارد می شود ، از طریق کابل انعطاف پذیر از طریق بازتاب داخلی داخلی ، و از طرف دیگر به یک گیرنده نوری می رود. 

فوتونیک

فوتونیک

ارتباطات فیبر نوری

MEMS نوری برای شبکه های امواج نور

ارتباطات بی سیم RF / نوری

اپتیک فضای آزاد 

مجله لیزر