الضوئيات: كل ما تريد أن تعرفه

La الضوئيات هو علم وتكنولوجيا توليد الفوتونات التي هي جسيمات ضوئية والتحكم فيها وكشفها. تدعم الضوئيات تقنيات الحياة اليومية ، من الهواتف الذكية إلى أجهزة الكمبيوتر المحمولة والإنترنت والأدوات الطبية وتكنولوجيا الإضاءة. سيعتمد القرن الحادي والعشرون على الضوئيات بقدر ما يعتمد القرن العشرين على الإلكترونيات.

سنخبرك في هذه المقالة بكل ما تحتاج لمعرفته حول الضوئيات وخصائصها وأهميتها.

ما هي الضوئيات

علم الضوئيات هو علم الضوء. إنها تقنية توليد والتحكم والكشف عن موجات الضوء والفوتونات ، وهي جسيمات ضوئية. خصائص الأمواج و يمكن استخدام الفوتونات لاستكشاف الكون وعلاج الأمراض وحتى حل الجرائم. كان العلماء يدرسون الضوء لمئات السنين. ألوان قوس قزح ليست سوى جزء صغير من النطاق الكامل لموجات الضوء ، يسمى الطيف الكهرومغناطيسي. تستكشف الفوتونات نطاقًا أوسع من الأطوال الموجية لأشعة جاما الراديوية ، بما في ذلك الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء.

لم يوضح السير إسحاق نيوتن حتى القرن السابع عشر أن الضوء الأبيض يتكون من ألوان مختلفة من الضوء. في أوائل القرن العشرين ، اقترح ماكس بلانك ولاحقًا ألبرت أينشتاين أن الضوء عبارة عن موجة وجسيم ، وهي نظرية مثيرة للجدل في ذلك الوقت. كيف يمكن للضوء أن يكون شيئين مختلفين تمامًا في نفس الوقت؟ أكدت التجارب اللاحقة ازدواجية الضوء هذه. ظهر مصطلح الضوئيات حوالي عام 1960 ، عندما اخترع ثيودور ميمان الليزر.

الملامح الرئيسية

رغم أن لا يمكننا رؤية الطيف الكهرومغناطيسي بأكمله ، فالموجات الضوئية المرئية وغير المرئية هي جزء من حياتنا اليومية. الضوئيات في كل مكان. في مجال الإلكترونيات الاستهلاكية (الماسحات الضوئية للرموز الشريطية ، ومشغلات DVD ، وأجهزة التحكم عن بعد في التلفزيون) ، والاتصالات (الإنترنت) ، والصحة (جراحة العيون ، والأجهزة الطبية) ، والتصنيع (القطع والتصنيع بالليزر) ، والدفاع والأمن (كاميرات الأشعة تحت الحمراء ، والاستشعار عن بعد) ، والترفيه (التصوير المجسم ، عروض الليزر) ، إلخ.

في جميع أنحاء العالم ، يقوم العلماء والمهندسون والتقنيون بإجراء أبحاث متطورة في مجال الضوئيات. يتم تدريس علم الضوء أيضًا بنشاط في الفصول الدراسية والمتاحف ، حيث يشارك المعلمون والمعلمون شغفهم بهذا المجال مع الشباب والجمهور. تفتح الفوتونات عالماً مجهولاً وبعيد المدى من الاحتمالات، محدودة فقط بسبب الافتقار إلى الخيال.

أهمية الضوئيات

توجد الضوئيات في الكاميرات الرقمية وفي شاشات هواتفنا الذكية وهي ضرورية لتصنيع الدوائر المتكاملة التي تتكون منها. علاوة على ذلك ، يتم تحويل الكلام والبيانات التي نرسلها ونستقبلها عبر هواتفنا الذكية إلى نبضات من الضوء عبر شبكات الألياف البصرية تحت الأرض ، تمامًا مثل النصوص والموسيقى والصور ومقاطع الفيديو التي تصل إلى أجهزتنا عندما نتصفح الويب. لماذا نستخدم الضوء؟ لأن إرسال المعلومات من خلاله هو أسرع شيء لدينا وأكثر موثوقية وفعالية

من ناحية أخرى ، يمكن للضوء الاصطناعي أن يطيل طول اليوم ، ويستخدمه في الأنشطة الترفيهية والإنتاجية ويوفر قدرًا أكبر من الأمان. لم تتوقف تكنولوجيا الإضاءة عن التطور ، في البحث عن أنظمة إضاءة أكثر كفاءة وتنوعًا واقتصادية وصديقة للبيئة ، انتقلنا من الشموع إلى مصابيح LED.

لم يكن لدينا من قبل مثل هذا المصدر الفعال للضوء ، بمثل هذه المجموعة المتنوعة من الألوان والشدة والمتانة وطويلة الأمد. يتم استخدام مصابيح LED بشكل متزايد في إشارات المرور والمصابيح الأمامية للسيارات وفي المنازل ، كما أنها قادرة على التشغيل والإيقاف لفترات قصيرة من الزمن ، غير محسوسة للعين البشرية ، مما سيسمح لأنظمة الإضاءة لدينا بخدمتنا في وقت واحد لعدة سنوات يتم توفير الإضاءة والاتصال بالإنترنت. هذه التكنولوجيا الناشئة تسمى Li-Fi.

فوائد

بمساعدة الضوء والطول ودرجة الحرارة والتشوه والشكل ثلاثي الأبعاد للكائنات والعديد من المتغيرات الأخرى ، يمكن إجراء القياسات بدقة لا مثيل لها وبطريقة غير جراحية. يمكن للضوء أيضًا أن يعطينا معلومات حول الكائن الذي ينبعث منه والوسيط الذي ينتقل من خلاله.

لذلك ، يمكننا استخدامه لاستكشاف الكون وفهمه ، واكتشاف وجود الملوثات ، والتحقق من جودة الأطعمة والمشروبات ، وسمية بعض المواد ، وما إلى ذلك. يمكن استخدام الضوء لتصحيح مشاكل الرؤية لدى الأشخاص ، تدمير الأورام في الجسم بطريقة أقل توغلًا وأقل إيلامًا ، وتشخيص أمراض معينة في مرحلة مبكرة وتوفير علاجات أكثر فاعلية تدمر الآفات دون الإضرار بتنظيم الأنسجة السليمة.

تُستخدم الضوئيات في حياتنا اليومية: قارئات الباركود في محلات السوبر ماركت ، ومشغلات DVD ، وشاشات التلفزيون وأجهزة التحكم عن بعد في منازلنا ، وأجهزة العرض وأنظمة المراقبة بالفيديو في دور السينما ، إلخ. كشف التزييف ، الزراعة ، أجهزة الاستشعار ، الرؤية الاصطناعية ، المجاهر ، التلسكوبات ، الليزر ، صناعة السيارات ، نطاق التطبيقات واسع جدًا لدرجة أنه لا يزال هناك العديد من الابتكارات القادمة.

يقام هذا الحدث كل عامين منذ 2014 ويحضر المزيد والمزيد من الشركات ومراكز البحوث والمؤسسات التعليمية والمنظمات العاملة في مجال الضوئيات من جميع أنحاء العالم لتعزيز أهميتها في المجتمع. تم اختيار هذا التاريخ لأنه في 21 أكتوبر 1983 ، اعتمد المؤتمر العام للأوزان والمقاييس قيمة ثابتة لـ 299.792,458 كيلومترًا في الثانية لسرعة الضوء في الفراغ.

تدرك البلدان المتقدمة أن الضوئيات ستلعب دورًا أكبر في الاقتصاد العالمي. تظهر البيانات أن سوق الضوئيات العالمي وصل 350 مليار يورو في عام 000 ومن المتوقع أن يرتفع إلى 2011 مليار يورو في عام 615. يعتبر الاتحاد الأوروبي أن الضوئيات جنبًا إلى جنب مع الإلكترونيات الدقيقة والإلكترونيات النانوية ، وتكنولوجيا النانو ، والتكنولوجيا الحيوية ، والمواد المتقدمة وتكنولوجيا التصنيع المتقدمة باعتبارها "تقنية رئيسية" ، أفقية ، يتم تطبيقها في عدد كبير من الصناعات ، وتعزز الابتكار وتساهم في المجتمع الكبير. التحديات تقدم الحلول. ستمنح هذه التقنيات الرئيسية البلدان والمناطق التي تطورها وتستخدمها دورًا قياديًا في إنشاء اقتصادات متقدمة ومستدامة وأكثر اخضرارًا.

آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من معرفة المزيد عن الضوئيات وخصائصها.