مواد اپتیکی روشن کننده ی راه برای کاربردهای جدید

مواد اپتیکی روشن کننده ی راه برای کاربردهای جدید
مواد اپتیکی روشن کننده ی راه برای کاربردهای جدید

مترجم : حبیب الله علیخانی
منبع : راسخون

سرامیک ها و مواد اپتیکی 

مواد با انعکاس طول موج مشخص نور، شفافیت و یا دیگر خواص اپتیکی شامل گستره ی وسیعی از ترکیبات شیشه (glass compositions)، شیشه سرامیک ها (glass ceramics) و سرامیک های ویژه هستند. این مواد در صدها محصول مختلف از صنایعی چون فضا هوایی (aeroSPace)، ارتباطات از راه دور (Telecommunications)، الکترونیک (electronics)، پزشکی و نظامی دیده می شوند. 
مواد شیشه ای،لنزهای توپی (ball lenses)، لنزهای شبه کروی (aspheric lenses) و دیگر انواع مواد سرامیکی در وسایل ارتباطی و مخابراتی اپتیکی استفاده می شوند. دیگر تولیدات دارای قطعات سرامیکی شامل: آینه های مخصوص تلسکوپ (telescope mirrors)، لیزرها (Lesers)، وسایل فوتونیک (photonic device)، سیستم های تصویربرداری (Imaging systems)، لوله های پرتوی کاتودی (Cathode ray tubes)، صفحه های تخت برای مانیتورهای کامپیوتر و تلویزیون، پنجره ها و یا رادارهای مادون قرمز و مواد شیشه ای برای صفحات نمایش کریستال مایع می شوند. 
کاربردهای متداول این مواد شامل دوربین های دوچشمی، دوربین های 35 میلی متری دارای سه پایه، سیستم های پیشرفته ی تصویربرداری (APS) برای دوربین های فیلم برداری و عکس برداری ساکن، لنزهای قابل تنظیم، پروژکتورهای دیجیتال (digital Projectors) می شود. 
برای بیش از 35 سال، یک نوع خاص از شیشه سرامیک های دارای انبساط کم برای تولید آینه تلسکوپ های چرخان مانند تلسکوپ کاوشگر مریخ (HRISE) و یا تلسکوپ keck در هاوایی استفاده شده است. 

آینه های شیشه سرامیکی کمک به کشف فضای بیرون از جو می کنند 

یک نوع خاص از شیشه سرامیک ها که دارای انبساط حرارتی کم هستند توسط American Schott North ساخته شده است. این نوع شیشه سرامیک در رصدخانه ها کاربرد دارد. این مواد در ساخت آینه های اولیه و ثانویه ی رصدخانه ها استفاده می شود. اگر بخواهیم دقیق تر بررسی کنیم این آینه ها در تداخل سنج این رصدخانه ها کاربرد دارد. که این تداخل سنج های چندگانه ی تلسکوپی توانایی ترکیب تصاویر را به طور قابل ملاحظه ای بالا می برد. یک نمونه از این شیشه سرامیک ها در سال 2008 و در نیومکزیکو برای ساخت یک رصدخانه استفاده شد که از این رصدخانه اصولاً برای کارهای تحقیقاتی در فضای بسیار دور استفاده می شود. همچنین از این رصدخانه برای مطالعات بر روی اشیاء مورد علاقه ی دانشمندان در بیرون از منظومه ی شمسی مانند انفجارات عظیم و سیاه چاله ها نیز استفاده می شود. 
SCHOTT اخیراً یک ماده ی شبه شیشه سرامیکی را در یک مقاله معرفی کرده است که خواصی بهبود یافته دارد. این نوع ماده ی شبه شیشه سرامیکی بخاطر عملیات حرارتی خاصی که بر روی آن انجام می شود مقاومت حرارتی بالاتری نسبت به نوع معمولی خود دارد. خاصیت منحصر به فرد این شیشه- سرامیک انبساط حرارتی نزدیک به صفر آن است. 
فرایند استحاله ی گرمایی انجام شده بر روی این شیشه- سرامیک، باعث تولید یک شیشه - سرامیک می شود که بیش از 90 درصد keatite و نوع خاصی از سیلیکا (silicon Oxide ) دارد. ساختار کریستالی keatite باعث می شود که دمای کاربری این نوع شیشه- سرامیک بالاتر رود و به دمای 850 درجه سانتی گراد برسد. همچنین از این شیشه- سرامیک می توان به مدت زمان طولانی تری (در دمای 850c درجه) استفاده کرد. 
بدلیل خواص جالب این شیشه- سرامیک کاربردهای آن افزایش یافته است که از جمله کاربردهای این مواد می توان موارد زیر را نام برد: 
1-قطعات مکانیکی و اپتیکی سیستم های لیزری انرژی بالا 
2-مواد مورد استفاده در قالب ها در فرآیند شکل دهی دما بالا 
3- اجزای موتورهای سرامیکی 
4- استانداردهای سنجش برای پویشگرهای مکانیکی و نوری 
5- اجزای رصدخانه ی ناسا (NASA'S Constellation X telescope) در مورد استفاده ی شیشه- سرامیک های با انبساط حرارتی نزدیک به صفر در رصدخانه ی ناسا باید گفت که این رصدخانه دارای ترکیبی از چندین تلسکوپ اشعه ی x است که با کارکردن هماهنگ آنها تلسکوپ بزرگی با قدرت مشاهده ی خیلی زیاد پدید می آید. با این تلسکوپ پر قدرت دانشمندان می توانند سیاه چاله ها، تئوری انیشتین در مورد نسبیت عمومی، ایجاد کهکشان راه شیری، فرضیه ی سیر نظامی جهان (بزرگ شدن جهان)، ماده ی سیاه و انرژی سیاه را بررسی کنند. شبیه به تمام تلسکوپ های اشعه ی x، تلسکوپ اشعه ی x ناسا نیز باید در فضا قرار گیرد زیرا اشعه ی x نمی تواند از اتمسفر زمین عبور کند. در هنگام ساخت تلسکوپ ناسا، دانشمندان می خواستند تلسکوپ اشعه ی ایکسی بسازند که بزرگی آن به اندازه ی تلسکوپ های زمینی باشد. تا بتوانند اشعه ایکس بیشتری جذب کنند. این نیاز موجب شد تا تلسکوپ چندگانه ی بی نظیری در ناسا ساخته شود. با ترکیب 4 تلسکوپ، تلسکوپی بوجود آمد که حساسیتش 100 برابر بزرگتر از هر تلسکوپ اشعه ی x ماهواره های فضایی ساخته شده در قبل و اکنون است. 
با بوجود آمدن این تلسکوپ، دانشمندان توانستند اطلاعاتی را که باید در مدت چند روز و یا هفته جمع آوری کنند، در یک ساعت بدست آورند. 

حیله های سرامیکی کوچک 

یک تیم از محققان انستیتوی پلی تکنیک Ransselaer برای اولین بار ماده ای را تولید کردند که هیچ نوری را از خود انعکاس نمی دهد. این پوشش های اپتیکی از ماده ای ساخته شده اند که قابلیت گسترده ای برای بهبود خواص آن وجود دارد. این مواد جدید دارای ضریب شکستی نزدیکی به ضریب شکست هوا هستند از این رو موادی ایده آل برای بخش های ساختاری پوشش های ضد انعکاس هستند. این مواد ضریب شکست 1.05 را دارند که این ضریب شکست تقریباً با ضریب شکست هوا برابر است. البته ضریب شکست کمتر از این مقدار نیز برای این ماده گزارش شده است. 
با استفاده از یک تکنیک که به آن oblique angle deposition می گویند، محققان نانومیله های سیلیکایی (Sid2 nanorods) را در زاویه ی 45 درجه بر روی یک فیلم نازک از آلومینیوم نیترید (ALN) رسوب می دهند. این ماده که نوعی سرامیک نیمه رساناست برای ساخت دیودهای ساطع کننده ی نور پیشرفته (advanced light-emitting diodes) استفاده می شود. این تکنیک به محققین اجازه می دهد تا همه ی انواع طول موج ها در همه ی جهات ورودی را کاهش دهند. و یا به طور کامل آنها را حذف کنند. اگرچه پوشش های ضد انعکاس سنتی به طور وسیع مورد استفاده قرار می گیرند ولی در صورتی درست کار می کنند که از یک طول موج استفاده شود و منبع نور نیز بر ماده عمود باشد. پوشش های اپتیکی جدید در هر کاربردی که نور از میان داده عبور کند می تواند مورد استفاده قرار گیرد که در زیر تعدادی از این کاربردها بیان شده است: 

1-پیل های خورشیدی با بازده بیشتر 

پوشش های جدید می توانند مقدار نور رسیده به ناحیه ی فعال سلول را افزایش دهند. این افزایش تا حدود چندین درصد نیز برآورد شده است که می تواند موجب افزایش تعداد برخوردهای موثر گردد. و در نتیجه عملکرد سلول را بالا ببرد. 

2-دیودهای ساطع کننده ی نور درخشنده تر (Brighter LEDS) 

LED ها به طور فزاینده ای در چراغ های راهنمایی (علائم راهنمایی)، روشنایی اتومبیل ها و علائم خروج استفاده می شوند. که علت این استفاده مصرف کمتر برق این وسایل و زمان بیشتر کاربری آنها نسبت به فلئورسنت های سنتی و لامپ های رشته ای است. اما LED های کنونی هنوز به اندازه ی کافی درخشان نیستند تا بتوان آنها را با لامپ های حبابی استاندارد جایگزین نمود. 
محدود کردن انعکاس می تواند روشنایی LED ها را بهبود ببخشد که این کار نیز می تواند جایگزینی منابع نوری سنتی را با تعدیل محیط های خاص (مثل LED ها) تسریع ببخشد. 

3- نورپردازی هوشمند (Smort lighting)

نورپردازی هوشمند به طور وسیع با بهبود خواص نوری مواد، کنترل می شود. که می تواند اجازه دهد منابع نور با محیط های خاص تطابق پیدا کنند. 

4- اینترکانکت های نوری (optical interconnects) 

برای بسیاری از کاربردهای محاسبه کننده، این یک ایده است که برای ارتباط از فوتون ها استفاده شود. برخلاف الکترون ها که فقط در مدار الکتریکی جریان دارند برای جلوگیری از نفوذ فوتون در مواد مختف این پوشش ها بسیار مفید هستند. و ما می توانیم از آنها برای کنترل و جهت دهی به فوتون ها استفاده کنیم. 

5-آینه های با انعکاس بالا (high- reflectance mirrors)

قابلیت کنترل ضریب شکست به صورت دقیق در یک ماده می تواند در بسیاری از کاربردهای نوری مانند تلسکوپ، وسایل اپتوالکتریکی (optoelectronic devices)و سنسورها کاربرد دارند. 

6-اشعه ی پراکنی جسم سیاه (black body radiation)

محققین این نظر را دارند که جسم سیاه مکانیک کوانتم را متحول می کند. 
/ 0 نظر / 81 بازدید