20فناوری فوتونیکی برتر سال 2020 به انتخاب سایت laserfocusworld (قسمت دوم)

۰۶ تیر ۱۴۰۰/دانستنی‌های لیزر/دیدگاه‌ها بسته هستند

سایتLaser Focus World طبقه‎بندی اختصاصی فناوری‌های تحت پوشش خود را با عنوان “فناوری‌های مرتبط با فوتون‎” منتشر کرد. در این طبقه‌بندی برخی پیش‌نیازها، از جمله مفید بودن، اصالت و سطح فنی و منطقی بالابه انتخاب 20 فناوری برتر از دستاوردهای فنی سال گذشته در زمینه فوتونیک منجر شد. البته این تعداد، فقط نمونه‌ای از بازارها و فناوری‌های تحت پوشش این حوزه است و کمابیش در دسته‌های اختیاری طبقه‌بندی شده‌اند و هیچگونه برتری در مهارت و ابتکار میان آنها نیست. در قسمت قبل به‌بررسی اجمالی ده فناوری نخست که Laser Focus World مورد توجه قرار داده بود می‌پرداختیم و در این قسمت به بررسی چند فناوری برتر دیگر می‌پردازیم

ابزار فوتونیکی برای استفاده‌های کوانتومی و سایر کاربردها

11. تولید کننده‎های اعداد تصادفی واقعی برای ارتباطات داده‌های رمزنگاری شده یک ضرورت به‌حساب می‌آیند. در حالی که اصطلاحا اعداد شبه تصادفی می‎توانند توسط الگوریتم‎های نرم افزاری تولید شوند، رمزنگاری ساخته شده بر اساس چنین اعدادی می‎تواند با داشتن زمان کافی، رمزگشایی شود، زیرا بر پایه روش‎های غیر تصادفی اعداد را تولید می‎کند. در مقابل، اعداد کاملاً تصادفی را فقط می‎توان بر اساس یک روند فیزیکی کاملاً تصادفی تولید کرد. اکنون یک مولد بیت تصادفی مبتنی بر سخت افزار فوتونیکی توسط گروهی از محققان جهان توسعه یافته است. این دستگاه بر روی تراشه، کوک‌پذیر، مقاوم، کوچک و کم مصرف است. دستگاه جدید فوق العاده سریع است – Tbit / s 100 – که سرعت آن دو برابر سریع‌تر از مولدهای فیزیکی بیت تصادفی قبلی است. این دستگاه ساده و متشکل از یک دیود لیزری آرسنید گالیم / گالیم آلومینیوم آرسنید (GaAs / AlGaAs) دارای پیکربندی خاصی است که به بسیاری از حالت‎های لیزر تداخل فضایی و زمانی منجر می‎شود، در نتیجه باعث تولید نویزهای انتشار خودبه‌خودی شده و دو آرایه از آشکارسازهای نوری آن را دریافت می‏کنند. برای مطالعه این مطلب می‎توانید به لینک زیر مراجعه کنید[i] (شماره می‎2020)

12. اولین دوربین شمارش فوتون مگاپیکسلی مبتنی بر فناوری حسگرهای تصویر نسل جدید، از دیودهای بهمنی تک فوتونی[1] استفاده می‏کند. این دوربین که توسط محققان آزمایشگاه معماری کوانتوم پیشرفته[2] لوزان، سوئیس ساخته شده است، گام 4/9 میکرومتری (پیکسل‎های دوربین از کوچکترین پیکسل‎های SPAD است که تاکنون ساخته شده اند) دارد و با حفظ سرعت و دقت زمانی بالا، توان مصرفی هر پیکسل آن کمتر از 1 میکرووات است. دوربین جدید با سرعت حداکثر 24000 فریم در ثانیه (fps) تصاویر را ثبت می‎کند. در طراحی آن از تکنیک‎های پیچیده طراحی مدار یکپارچه برای ایجاد توزیع بسیار یکنواخت سیگنال‎های الکتریکی سریع، بر روی آرایه پیکسل در مقیاس بزرگ استفاده شده است. سرعت شاتر فقط 3٪ نسبت به آرایه مگاپیکسلی متفاوت است. این دوربین در پروژه‎های واقعیت مجازی و لیدارها کاربرد دارد.

برای مطالعه این مطلب می‎توانید به لینک زیر مراجعه کنید (شماره آوریل 2020)[ii]

13. مناطق طیفی موج میانی تا موج بلند –مادون قرمز ( از MWIR تا LWIR) برای کاربردهایی که شامل نظارت بر محیط زیست، سنجش گاز، تصویربرداری حرارتی، کنترل کیفیت مواد غذایی و دارویی و … مهم هستند. با این وجود آشکارسازهای MWIR و LWIR معمولاً پیچیده و گران هستند. در حالی که نقاط کوانتومی‎کلوئیدی سولفید سرب [3]به عنوان یک فناوری آشکارسازی نوری با هزینه رقابتی و عملکرد خوب و سازگار با فناوری CMOS ظهور کرده‎است، اما تا کنون موفقیت آنها فقط در منطقه مادون قرمز موج کوتاه (SWIR) بوده است. اکنون ، محققان در انستیتوی علوم فوتونیک (بارسلون ، اسپانیا) با استفاده از PbS CQD که برای اولین بار با مواد عاری از جیوه، یک آشکارساز نوری CQD ساخته‎اند که می‎تواند نور را در LWIR آشکارسازی کند. این دستگاه‎ دارای پاسخگویی A/W در 80 K و در محدوده 9-5 میکرومتر است. پوشش طیفی آشکارسازها را می‎توان با تغییر اندازه نقاط تنظیم کرد- هرچه CQD بزرگتر باشد، جذب در IR بیشتر می‎شود.

برای مطالعه این مطلب می‎توانید به لینک زیر مراجعه کنید.(ژانویه 2020)[iii]

مواد نوری و قطعات اپتیکی

14. فرآیندهای لایه نشانی فیلم نازک، به ویژه پاشش پرتو یونی[4] ،برای پوشش‎های نوری چند لایه می‎تواند باعث ایجاد تنش در پوشش‎ها شود، که به نوبه خود می‎تواند لایه‎های زیرین را تحت فشار قرار دهد، و احتمالاً آنها را خم کند. اکنون محققان دانشگاه ایالتی کلرادو فرایند پاشش پرتو یونی را بهبود بخشیده‎اند به‌طوری که می‎تواند فیلم‎های نازک با کیفیت نوری بالا از دی‌اکسیدسیلیسیم (SiO2) را با تنش باقیمانده با استفاده از O2 با انرژی بالا، به کمک بمباران یونی در طول لایه نشانی فیلم نازک، از 490 مگاپاسکال به 48 مگاپاسکال کاهش دهد. نتایج برای بهبود ساخت بازتاب‌دهنده‎های قوی چند لایه پنتاکسید تانتالیوم / دی‌اکسید سیلیکون (Ta2O5 / SiO2)، به منظور تولید آینه‎های نازک مورد استفاده در اصلاح جبهه موج تطبیقی نوری [5] مورد بررسی قرار گرفته است. لایه نازک‌های SiO2 از یک هدف اکسیدی با استرس رسوبی MPa 48 و جذب اپتیکی کمتر از 20 قسمت در میلیون (ppm) در طول موج 1064 نانومتر لایه نشانی شد.

برای مطالعه این مطلب می‎توانید به لینک زیر مراجعه کنید.(مارس 2020)[iv]

15. تصویربرداری حرارتی مادون قرمز (IR) توسط ارتش و ارگانهای امنیتی به شدت مورد استفاده قرار می‎گیرد. تقلب در تصویربرداری حرارتی کار ساده‎ای نیست، اما محققان دانشگاه کالیفرنیا، راهی را برای این کار ایجاد کرده‎اند که می‎تواند “طعمه‎های” بصری را در سطح اجسام قرار دهد به‌گونه‌ای که بتواند دوربین‎ها و سیستم‎های IR را گمراه کند و این تصور را ایجاد کند که سطح طعمه در دمای متفاوتی است. به‌علاوه، وقتی دمای جسم تغییر می‎کند، دمای ظاهری سطح طعمه تغییر نمی‎کند. این سطوح حاوی ساختارهای خاصی است که از لایه‎های نازک دی‌اکسید وانادیوم آلاییده شده با تنگستن ساخته شده است و در آن‌ها سطح آلاییده شدن تنگستن در پوشش از قسمت جلو به عقب متغیر است. دی‌اکسید وانادیوم ماده‌ای است که در دماهای خاص می‎تواند از یک عایق و نارسانای الکتریکی، به یک فلز تبدیل شود که الکتریسیته را منتقل می‎کند. آلاییده شدن این ساختار با سطوح متغیر تنگستن، دمای انتقال فاز و در نتیجه دمای فریب را به بین 15 تا 70 درجه سانتیگراد جابه‌جا می‎کند. به‌علاوه قابلیت انتشار سطح فریب به‌گونه‌ای طراحی شده است که با نسبت معکوس توان چهارم دما T⁴ تغییر می‌کند. این طراحی باعث می‌شود که دقیقا با وابستگی تابش جسم سیاه به T⁴ مقابله به عمل آید.

برای مطالعه این مطلب به لینک زیر که در جولای 2020 منتشر شده است مراجعه کنید.[v]

منبع:

https://www.laserfocusworld.com/home/article/14187586/laser-focus-worlds-top-20-photonics-technology-picks-for-2020

مراجع متن:

[1] single-photon avalanche diodes(SPAD)

[2] (AQUALab) Advanced Quantum Architecture Laboratory

[3] (CQD) lead sulfide (PbS) colloidal quantum dots 0

[4] ion-beam sputtering (IBS)

[5] adaptive-optical (AO)

[i] https://www.laserfocusworld.com/lasers-sources/article/14174655/hourglassshaped-laserdiode-cavity-forms-a-parallel-ultrafast-randombit-generator

[ii] https://www.laserfocusworld.com/detectors-imaging/article/14174261/photoncounting-camera-has-megapixel-spad-array-for-singlephoton-tof-and-other-imaging

[iii] https://www.laserfocusworld.com/detectors-imaging/article/14074992/quantumdot-photodetectors-can-now-detect-longwave-infrared-light