کتاب مبانی و کاربردهای ادوات فوتونیکی با تمرکز بر مخابرات نوری

کتاب مبانی و کاربردهای ادوات فوتونیکی با تمرکز بر مخابرات نوری نوشته‌ی هومن اخوان و فروغ بزرگ زاده، مفاهیم عمده‌ی فوتونیک همچون؛ آشنایی با ساختارهای بنیادی در اپتیک مدرن، انتشار نور در فضای تهی، مدولاسیون، سوئیچینگ، فیلترینگ و پردازش نور، اثرات اپتیکی در فیبرهای نوری و... می‌پردازد.

فوتونیک چیست؟

فوتونیک، علمی است که تولید، کنترل و آشکارسازی فوتون‌ها را مورد مطالعه قرار می‌دهد. واژۀ فوتونیک که در مقایسه با الکترونیک اختراع شده (با در نظر گرفتن این موضوع که مواد و ادوات نیمه‌ هادی عملکرد زیادی در سامانه‌های اپتیکی دارند) پدیده‌ای از پیوند بین اپتیک و الکترونیک می‌باشد.

الکترونیک متشکل از کنترل جریان بار الکتریکی در خلأ یا در ماده است؛ در حالی‌ که در فوتونیک کنترل فوتون‌ها (در فضای تهی یا محیط مادی) مورد بررسی قرار داده می‌شود. به‌ وضوح، این دو رشتۀ علمی با یکدیگر اشتراکات زیادی دارند، چرا که غالباً الکترون‌ها جریان فوتون‌ها و فوتون‌ها شار الکترون‌ها را کنترل می‌نمایند.

همچنین واژۀ فوتونیک اهمیت ماهیت فوتونی نور را در توصیف کارکرد تعداد زیادی از ادوات اپتوالکترونیکی نشان می‌دهد. به ویژه فوتونیک‌ها در مخابرات نوری، پزشکی، صنایع ابزار دقیق و تجهیزات اندازه‌گیری، صنعت خودرو و قالب‌‌سازی، صنایع دفاعی و نظامی و... کاربرد دارند.

توزیع طول‌ موج یا به‌ طور اختصاری WDM یکی از فنّاوری‌های استفاده شده در سامانه‌های مخابراتی با ظرفیت بالا است. در چنین سامانه‌ای اطلاعات لیزرهایی با طول‌ موج‌های متفاوت، با بهره‌گیری از دستگاهی به نام مدولاتور (M)، روی لیزری که به فیبر نوری ارسال شده، سوار خواهند شد.

این مدولاتور، اطلاعات را با استفاده از کنترل شدت لیزر، روی سیگنال اپتیکی حمل می‌کند. اطلاعاتی که از مدولاتورها دریافت می‌شوند با استفاده از یک مالتی‌ پلکسر (MUX) با یکدیگر ترکیب شده و می‌توان به وسیله‌ی یک فیبر نوری این اطلاعات را منتقل کرد. در پایان DeMUX داده‌های فیبر اپتیکی را از یکدیگر جدا می‌کند. در چنین ساختاری با حمل کننده‌های بالا باید از پهنای باندهای بیشتر جهت انتقال سیگنال‌های اپتیکی بهره‌مند شد.

کتاب مبانی و کاربردهای ادوات فوتونیکی با تمرکز بر مخابرات نوری (Fundamentals and applications of photonic devices with a focus on optical communication) از دو بخش مستقل مبانی نظری فوتونیک (فصول 1 تا 9) و معرفی ادوات فوتونیکی (فصول 10 تا 16) تشکیل شده و هر فردی با توجه به نیاز خود می‌تواند از آن بهره‌مند شود.

کتاب مبانی و کاربردهای ادوات فوتونیکی با تمرکز بر مخابرات نوری قابل استفاده برای چه کسانی است؟

- دانشجویان کارشناسی ارشد و دکترای فوتونیک
- دانشجویان کارشناسی ارشد مهندسی الکترواپتیک
- دانشجویان مهندسی اپتیک و لیزر و مهندسی برق
- علاقمندان به مباحث فوتونیکی و اپتیکی

در بخشی از کتاب مبانی و کاربردهای ادوات فوتونیکی با تمرکز بر مخابرات نوری می‌خوانیم:

در فیبر سیلیکا، مینیمم میزان پاشندگی در طول‌ موج 1330 نانومتر اتفاق می‌افتد، در حالی‌ که مینیمم تلفات در 1550 نانومتر است، یعنی جایی که پاشندگی مینیمم نیست. می‌توان طراحی فیبر را به‌ گونه‌ای انجام داد که کمینۀ پاشندگی در طول‌ موج‌های بالاتر اتفاق افتد؛ جایی که تلفات نیز در آن کمینه است؛ بدین ترتیب ناحیۀ کاری مناسبی خواهیم داشت.

از آنجایی ‌که پاشندگی موجب تابعی از شعاع فیبر، اختلاف بین ضریب‌ شکست‌های هسته - غلاف و همچنین پروفایل ضریب‌ شکست است، می‌توان با تغییر این پارامترها پاشندگی را به‌ گونه‌ای منفی کرد که پاشندگی ناشی از مادۀ فیبر را خنثی نموده و نهایتاً حاصل جمع آن‌ها به سمت طول‌موج‌های بالاتر کشیده شود. به این عمل جابجایی پاشندگی گویند.