از یک پلیمر ساده تا اینترنت سریعتر؛ نوآوری کمهزینه در قلب مخابرات نوری
زهرا وجدانی: در عصر انفجار دادهها و وابستگی روزافزون جوامع به ارتباطات پرسرعت، فناوری لیزر و مخابرات نوری به یکی از ارکان اصلی توسعه علمی و صنعتی جهان تبدیل شده است. تولید پالسهای لیزری فوقسریع که قلب تپنده سیستمهای مخابراتی نوین محسوب میشوند نیازمند ترکیبی از دانش فیزیک، مهندسی مواد و خلاقیت فناورانه است. در این میان پژوهشهای انجامشده در کشورهای در حال توسعه نشان میدهد که محدودیت منابع مالی نهتنها مانع پیشرفت نیست بلکه میتواند به نوآوریهای کمهزینه و اثرگذار منجر شود.
در این گزارش با تکیه بر گفتوگوی علمی با سلیمان وادی هارون(Sulaiman Wadi Harun) استاد گروه مهندسی برق دانشگاه مالایا و از دانشمندان مالزیایی حاضر در استپ دهم ششمین هفته جایزه مصطفی (ص) به بررسی علمی تولید پالسهای لیزری، معرفی پلیمر PAN بهعنوان مادهای نوین و کمهزینه و همچنین چشمانداز آینده فناوری مخابرات نوری میپردازیم.
اهمیت پالسهای لیزری در مخابرات نوین
سلیمان وادی هارون در ابتدای گفتوگوی خود با خبرنگار علمی برنا با اشاره به نقش بنیادین لیزر در فناوری ارتباطات تاکید میکند: در علم مخابرات و انتقال دادهها، پالسهای لیزری سریع با نرخ تکرار بالا جایگاه بسیار مهمی دارند. این پالسها اساس انتقال اطلاعات در سیستمهای نوری را تشکیل میدهند و بدون آنها، رسیدن به سرعتهای بالای انتقال داده عملا ممکن نیست.
او توضیح میدهد که برای تولید این نوع پالسها نمیتوان به هر مادهای اکتفا کرد و لازم است از موادی استفاده شود که دارای خواص اپتیکی غیرخطی خاص باشند. برای تولید پالسهای لیزری سریع معمولا به موادی نیاز داریم که خاصیت جذب اشباعپذیر داشته باشند.
جذب اشباعپذیر؛ کلید تولید پالس لیزری
این استاد مهندسی برق در ادامه به تشریح دقیق مفهوم جذب اشباعپذیر میپردازد و میگوید: خاصیت جذب اشباعپذیر در واقع نشاندهنده این ویژگی است که یک ماده میتواند موج الکترومغناطیسی یعنی نور را تا یک حد آستانه مشخص جذب کند اما زمانی که شدت موج از آن حد آستانه عبور میکند دیگر جذب صورت نمیگیرد.
او تاکید میکند که همین رفتار غیرخطی است که امکان تولید پالس را در لیزر فراهم میسازد و میافزاید: این ویژگی باعث میشود که لیزر بهجای تولید یک موج پیوسته بتواند انرژی را بهصورت پالسی آزاد کند.
PAN؛ پلیمر ساده با کاربردی پیشرفته
سلیمان وادی هارون در بخش دیگری از این گفتوگو به معرفی پلیمرPAN(polyacrylonitrile) یا پلیاکریلونیتریل میپردازد؛ مادهای که برای نخستین بار توسط گروه پژوهشی او در دانشگاه مالایا برای تولید پالسهای لیزری در لیزرهای فیبری به کار گرفته شده است.
او در این باره میگوید: PAN یک نوع پلیمر است که ما برای اولین بار از آن بهعنوان جاذب اشباعپذیر در لیزر فیبری استفاده کردیم.
به گفته این دانشمند انتخاب PAN کاملا آگاهانه و مبتنی بر چند عامل کلیدی بوده است: دلیل استفاده از PAN هم خاصیت جذب اشباعپذیر آن بود و هم اینکه آمادهسازی آن بسیار آسان است اما انگیزه اصلی ما کمهزینه بودن این ماده بود.
او تاکید میکند که PAN علاوه بر کاهش هزینهها از نظر عملکردی نیز کاملا پاسخگوی نیازهای سیستم لیزری است: در واقع استفاده از PAN هم کمهزینه است و هم هدف مدوله کردن تلفات داخل کاواک لیزر را بهخوبی برآورده میکند.
چگونگی قرارگیری PAN در کاواک لیزر
یکی از چالشهای فنی مهم در استفاده از PAN نحوه قرار دادن آن در کاواک لیزر است. وادی هارون در توضیح این مسئله میگوید: برای استفاده از این ماده، باید آن را داخل کاواک لیزر قرار دهیم. کاواک لیزر فیبری معمولا از فیبر تکمد (single mode) استفاده میکند و قطر هسته این فیبر فقط ۹ میکرون است.
او ادامه میدهد: به همین دلیل، ما نمیتوانیم از موادی با ابعاد بزرگ استفاده کنیم و باید به سراغ راهحلهای خلاقانه برویم.
به گفته او گروه پژوهشی دانشگاه مالایا از یک روش ساده اما کارآمد استفاده کرده است. وی میگوید: ما از نوار چسب استفاده کردیم تا ماده PAN را بین اتصالات کاواک لیزر قرار دهیم، بهطوری که نور بتواند هنگام عبور از کاواک با این ماده تعامل داشته باشد.
نقش PAN در روشهای تولید پالس لیزری
وادی هارون نقش PAN را در چارچوب روشهای شناختهشده تولید پالس لیزری توضیح میدهد و میگوید: نقش این ماده به روشهای تولید پالس در لیزر برمیگردد. بهطور کلی دو روش اصلی برای تولید پالس لیزری وجود دارد.
او این دو روش را چنین معرفی میکند:
۱. تکنیک Q-switching
۲. تکنیک Mode-locking
Q-switching؛ پالسهای کیلوهرتزی با انرژی بالا
این استاد دانشگاه درباره تکنیک Q-switching توضیح میدهد: در تکنیک Q-switching فاکتور کیفیت لیزر که با Q نشان داده میشود نقش بسیار مهمی دارد. این فاکتور به نرخ جذب نور توسط ماده جاذب اشباعپذیر مربوط است.
او اضافه میکند: در این روش پالسها معمولا با نرخ تکرار کیلوهرتز تولید میشوند و فاصله زمانی بین هر پالس از میکروثانیه تا نانوثانیه است.
Mode-locking؛ مسیر دستیابی به پالسهای فوقسریع
در ادامه وادی هارون به تکنیک Mode-locking میپردازد و میگوید: اگر بخواهیم پالسهایی با نرخ تکرار بالاتر مثلا از مرتبه مگاهرتز و با مدتزمان پیکوثانیه یا فمتوثانیه تولید کنیم، باید از تکنیک Mode-locking استفاده کنیم.
او Mode-locking را اینگونه توضیح میدهد: Mode-locking در واقع تکنیکی است برای قفل کردن مدهای طولی داخل کاواک لیزر. ما از ماده جاذب اشباعپذیر استفاده میکنیم تا فاز این مدها را که در کاواک نوسان میکنند، قفل کنیم.
محدودیت بودجه؛ چالش مشترک کشورهای در حال توسعه
سلیمان وادی هارون در بخش دیگری به شرایط پژوهش در کشورهای در حال توسعه اشاره میکند و میگوید: از آنجا که ما یک کشور در حال توسعه هستیم یکی از چالشهای اصلی ما بودجه محدود است.
او با مقایسه شرایط مالزی و ایران اضافه میکند: مشابه کسانی که در ایران کار میکنند، بودجه تحقیقات در کشور ما هم پایین است و ما مجبوریم راهحلهای کمهزینه برای مشکلات خود پیدا کنیم.
آینده ارتباطات از نگاه یک مهندس مخابرات
این دانشمند مالزیایی درباره آینده فناوری ارتباطات میگوید: حتی اگر به نظر برسد که تکنولوژی ارتباطات اشباع شده است، اما طبق قانون مور، تقاضا برای ظرفیت مخابرات هر دو سال دو برابر میشود.
او نتیجه میگیرد: بنابراین ما بهعنوان مهندس باید سرعت انتقال دادهها را افزایش دهیم. پهنای باند موجود محدود است و نیاز به روشهای جدید برای مخابرات داریم.
وادی هارون در پایان به یکی از راهکارهای عملی اشاره میکند و میگوید: برای مثال امروزه از فیبر چندمد برای مخابرات استفاده میشود. به جای فیبر تکمد از چهار مد نوری استفاده میکنیم تا ظرفیت سیستم افزایش پیدا کند.
تاثیر فناوری بر زندگی روزمره مردم
پیشرفت در تولید پالسهای لیزری فوقسریع مستقیما به افزایش سرعت و پایداری اینترنت منجر میشود؛ موضوعی که امروز به یکی از نیازهای اساسی زندگی روزمره تبدیل شده است. پالسهایی با نرخ تکرار بالاتر و طول زمانی کوتاهتر، امکان انتقال حجم بیشتری از داده را در زمان کمتر فراهم میکنند. این مسئله به معنای اینترنت پرسرعتتر، تاخیر کمتر در ارتباطات آنلاین، کیفیت بالاتر تماسهای تصویری و پایداری بیشتر خدمات ابری برای کاربران خانگی و سازمانی است.
توسعه فناوری مخابرات نوری نقش مهمی در ارتقای کیفیت خدماتی مانند بانکداری الکترونیک، آموزش آنلاین، پزشکی از راه دور و دولت الکترونیک دارد. هرچه زیرساخت ارتباطی سریعتر و مطمئنتر باشد دسترسی مردم به این خدمات آسانتر، ایمنتر و گستردهتر خواهد بود. در این چارچوب پژوهشهایی که به افزایش ظرفیت شبکههای نوری کمک میکنند مستقیما بر کیفیت زندگی دیجیتال شهروندان اثر میگذارند.
یکی از نکات کلیدی استفاده از مواد کمهزینه مانند پلیمر PAN است. کاهش هزینه در سطح فناوری و تجهیزات مخابراتی در نهایت میتواند به کاهش هزینه خدمات برای مصرفکنندگان منجر شود. استفاده از راهکارهای کمهزینه، اما کارآمد به اپراتورها امکان میدهد شبکههای خود را با هزینه کمتر توسعه دهند و این موضوع میتواند در بلندمدت به تعرفههای مناسبتر و دسترسی گستردهتر مردم به اینترنت پرسرعت منجر شود.
فناوریهای مقرونبهصرفه در حوزه مخابرات نوری نقش مهمی در کاهش شکاف دیجیتال میان مناطق توسعهیافته و کمترتوسعهیافته دارند. امکان پیادهسازی سیستمهای مخابراتی پیشرفته با هزینه کمتر، دسترسی مناطق محروم و روستایی به اینترنت پرسرعت و ارتباطات پایدار را تسهیل میکند؛ امری که به بهبود آموزش، اشتغال و مشارکت اجتماعی در این مناطق میانجامد.
زندگی شهری آینده بهشدت به ارتباطات پرسرعت و پایدار وابسته است. سامانههای حملونقل هوشمند، مدیریت انرژی، نظارت شهری، اینترنت اشیا و خدمات اضطراری همگی نیازمند زیرساخت مخابراتی قدرتمند هستند. پیشرفت در فناوری لیزرهای پالسی و افزایش ظرفیت فیبرهای نوری یکی از پایههای اصلی تحقق شهرهای هوشمند و ایمنتر برای شهروندان به شمار میرود.
در نهایت ارتقای زیرساخت ارتباطی به رشد اقتصاد دیجیتال، ایجاد فرصتهای شغلی جدید و افزایش بهرهوری در بخشهای مختلف جامعه منجر میشود. کسبوکارهای آنلاین، استارتاپها و صنایع مبتنی بر داده همگی از زیرساخت مخابراتی پیشرفته بهره میبرند. از این منظر پژوهشهای علمی در حوزه لیزر و مخابرات نوری نهتنها یک دستاورد دانشگاهی بلکه سرمایهگذاری بلندمدت برای بهبود کیفیت زندگی مردم و توسعه پایدار جوامع محسوب میشوند.
انتهای پیام/
