الکترونیک نوری

تمام انسان‌ها برای زندگی کردن و انجام کارهای روزمره به نور نیاز دارند. نور چیزی نیست که بدون آن ادامه زندگی ممکن باشد. اما واقعاً نور چیست؟ چگونه به وجود می‌آید؟ کاربرد آن چیست؟

در این بخش می‌خواهیم در مورد یکی از شاخه‌های مرتبط با نور به نام الکترونیک نوری صحبت کنیم.

الکترونیک نوری چیست؟
 

اپتوالکترونیک یا الکترونیک نوری، شاخه‌ای از الکترونیک است که به تبدیل انرژی الکتریکی به نور و تبدیل نور به انرژی الکتریکی از طریق قطعاتی به نام نیمه‌هادی‌ها می‌پردازد. این شاخه از الکترونیک، به ابزارهای نوری جدید، مانند دیودهای تشعشع نوری (LEDها)، حسگرهای نوری، کابل‌های فیبر نوری، لیزرها و … می‌پردازد.

الکترونیک نوری تکنولوژی است که به تولید، شناسایی و کنترل نور می‌پردازد. این تکنولوژی شامل طراحی، ساخت و مطالعه دستگاه‌های الکترونیکی است که درنتیجه، الکتریسیته را به کوانتوم‌های نور برای اهداف مختلف مانند تجهیزات پزشکی، مخابرات و علوم عمومی تبدیل می‌کند. امروزه نمونه‌هایی از کاربرد الکترونیک نوری را می‌توان در دستگاه‌های اشعه ایکس برای تصویربرداری در بیمارستان‌ها و فناوری فیبر نوری در مخابرات مشاهده کرد.

نیمه‌هادی چیست؟

همان‌طور که اشاره کردیم، اساس الکترونیک نوری بر پایه قطعات نیمه‌هادی بناشده است. نیمه‌هادی‌ها یا نیمه‌رساناها مواد کریستالی جامد با رسانایی الکتریکی هستند که در مقایسه با فلزات رسانایی کمتری دارند، اما عایق هم نیستند. خواص فیزیکی نیمه‌هادی‌ها را می‌توان با قرار دادن آن‌ها در معرض انواع مختلف نور یا الکتریسیته اصلاح کرد. علاوه بر نور مرئی، اشعه‌هایی مانند اشعه ماوراءبنفش و مادون‌قرمز که با چشم قابل‌دیدن نیستند، می‌توانند بر خواص این مواد تأثیر بگذارند.

تاریخچه الکترونیک نوری

یکی از اولین اکتشافات فیزیک که منجر به توسعه الکترونیک نوری شد، به‌عنوان اثر فوتوالکتریک شناخته می‌شود. اثر فوتوالکتریک عبارت است از انتشار الکترون توسط یک ماده زمانی که در معرض تابش انواع خاصی از نور قرار می‌گیرد. هنگامی‌که نور با فرکانسی مناسب، انرژی خودش را به الکترون‌های سطحی فلز می‌دهد، الکترون‌ها با جذب این انرژی، بر انرژی هسته جسم غلبه می‌کنند و می‌توانند آزاد شوند. درنتیجه این فرآیند، جریان الکتریکی ایجاد می‌شود.

کاربردهای الکترونیک نوری
 

تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی

یکی از کاربردهای الکترونیک نوری، تولید انرژی الکتریکی توسط سلول‌های خورشیدی است که نور خورشید را جذب می‌کنند. انرژی الکتریسیته تولیدشده از نور خورشید یا مستقیماً مورداستفاده قرار می‌گیرد یا برای استفاده‌های بعدی، در منبع ذخیره می‌شود. از این سلول‌های خورشیدی برای تولید برق، هم بر روی زمین و هم در فضا برای ماهواره‌ها استفاده می‌شود.

اثر لومینسانس

کاربرد دیگر الکترونیک نوری در فرایندی به نام لومینسانس است. طی این فرآیند، الکترون‌های ماده هدف که در شرایط معمول در حالت یا تراز انرژی پایه به سر می‌برند، با گرفتن انرژی از یک منبع مشخص، به حالت‌های پرانرژی‌تر تبدیل می‌شوند. در بازگشت الکترون‌های ماده از حالت برانگیخته به حالت پایه، انرژی برانگیختگی به‌صورت نور منتشر می‌شود.

به دلیل اینکه فرآیند لومینسانس نیازمند دمای بالا نبوده و در دماهای معمول و نسبتاً پایین اتفاق می‌افتد، به نور ساطع‌شده در اثر آن، نور سرد هم گفته می‌شود.

دیودهای ساطع کننده نور یا همان LEDها، نمونه رایج استفاده از الکترولومینسانس هستند. LEDها در رنگ‌های مختلف به‌عنوان چراغ روشن شدن در دستگاه‌های مختلف، در نمایشگرهای دیجیتال مانند نمایشگر ماشین‌حساب و لوازم‌خانگی، چراغ‌های راهنمایی، چراغ‌های جلو خودروها و غیره استفاده می‌شوند.

آیا اپتوالکترونیک همان الکترواپتیک است؟

اپتوالکترونیک یا الکترونیک نوری را نباید با الکترواپتیک اشتباه گرفت، زیرا این رشته شاخه وسیع‌تری از فیزیک را شامل می‌شود. الکترواپتیک به برهمکنش میدان‌های الکتریکی و نور می‌پردازد.

همان‌طور که در بالا به کاربردهای الکترونیک نوری اشاره کردیم، باید بگوییم که این کاربردها و سایر کاربردهای الکترونیک نوری در مجموعه‌ای از دستگاه‌ها و برنامه‌های کاربردی استفاده می‌شوند که البته روزبه‌روز در حال پیشرفت هستند. بسیاری از صنایع با استفاده از الکترونیک نوری متحول شده‌اند. دستگاه‌های الکترونیک نوری نقش مهمی در صنایع و محصولات مختلف ایفا می‌کنند. از کامپیوتر گرفته تا ارتباطات، هوافضا، فناوری پزشکی، تجهیزات نظامی، عکاسی و سایر تکنیک‌های تصویربرداری و فراتر از آن از الکترونیک نوری نشاءت می‌گیرند.