Трендови у фотоници за 2015 :: Оптичко друштво Србије :: 

Оптичко друштво Србије

    english
О ДРУШТВУ
САРАДЊА
СКУПОВИ
ПУБЛИКАЦИЈЕ


Спољашње везе:


 
2015-01-23

Трендови у фотоници за 2015

Основни трендови су везани за одрживост, минијатуризацију, нове материјале, модуларност и економију.

У новом броју магазина Photonics Spectra је главна тема посвећена технолошким трендовима у фотоници за 2015. Основни трендови су у: одрживости, минијатуризацији, новим материјалима, модуларности и економији.

Одрживост

Оптика, осветљење, ласери и системи за обраду слике доносе већу прецизност, сигурност скоро свакој индустрији, од производње и стварања енергије до пољопривреде и инспекције. А са већом ефикасношћу долази смањење отпада, што користи и кориснику и околини.

Илустрација преузета из часописа Photonics Spectra.

Глобална иницијатива на заштити околине је поприлично упослила произвођаче у оптици. Пошто се оптика може наћи у готово свакој индустрији, произвођачи оптике су суочени са растућим бројем захтева везаних за очување околине. Нова регулатива и допуне долазе сваке године, и подвиг је ускладити се са сваком од њих. Захтев за употребом безоловног стакла доводи до многобројних тестирања и поређења карактеристика производа са старим (која садрже олово) и новим (безоловним) стаклима (пример: употреба N-BK7 стакла уместо BK7). Тренд је да се:

  • смањи ниво емисије штетних гасова (као што су оксиди азота) и прашине
  • повећа проценат употребе рециклираног стакла у производњи
  • смањи употреба енергије за производњу једне тоне стакленог производа
  • смањи употреба свеже воде у производњи

Мултиспектрални и хиперспектрални системи за обраду слике налазе примену у постројењима за рециклирање. Паметни сензори у беспилотним летелицама за детекцију флуоресценције хлорофила помажу установљењу здравственог стања засада и боље планирање жетве.

Оцењивање производних постројења у аутомобилској индустрији не узима у обзир само трошкове и квалитет него и (посебно) енергетску ефикасност. Употреба ласерске технологије је допринела развоју енергетски ефикасних производа. Очекује се да ће се снажне ласерске диоде за гравирање, заваривање и очвршћавање развити до нивоа за дистантно заваривање и резање.

Захтев за употребу светлећих диода у осветљењу је довео технологију до техничких граница. У последњих петнаест година је ефикасност ових диода удесетостручена са побољшањима:

  • достигнута је највиша унутрашња квантна ефикасност
  • одговарајући фосфор се користи за ефикасну конверзију плаве у белу светлост
  • одговарајуће паковање омогућава поуздано усмеравање светлости
  • непрекидне иновације у производњи смањују цену производа

Минијатуризација

Експлоатишући необичне оптичке особине веома малих објеката, квантно-оптичке технологије воде новом развоју ласера, соларних ћелија, телекомуникацији и сл. Технологија заснована на квантним тачкама показује мању зависност карактеристика од температуре, што осваја телекомуникације и подземна истраживања природних ресурса, као и осветљење и дисплеје (замена фосфорног слоја). Ова технологија може да помогне у минијатуризацији других уређаја, а расте и употреба нетоксичних материјала за квантне тачке. Цена квантних тачки се креће око 200 долара по граму. Минијатуризација се види и у примени квантних комуникација и квантног рачунања. Пример је микро-прстен на чипу са фотонима укрштене поларизације. Циљ је да се развије чип за квантне комуникације и квантно рачунање.

Илустрација преузета из часописа Photonics Spectra.

Нови материјали

Док силицијумска технологија достиже границе минијатуризације, графен обећава даљу употребу. Двослојни графен је већ примењен у фототермоелектричном детектору у терахерцној области (примењиво за мерење телесне температуре, на аеродромима...), са могућношћу побољшања. Графенске нанотраке могу да се користе за облагање и заштиту, а карбонске нанотубе као ефикасни светлосни извори. Осим графена, јављају се и други материјали: германен, који може да се користи као издржљиви тополошки изолатор на собној температури, кандидујући га за употребу за квантно рачунање, станен (титан-сулфид), молбден дисулфид, молибден диселенид и волфрам дисулфид. Очекује се да ће употреба ових нових материјала смањити трошкове, повећати ефикасност и олакшати производњу за нове наноелектронске и оптоелектронске примене.

Модуларност

Помоћу модуларности корисник може да склопи инструмент који у потпуности одговара његовим потребама. Како се потребе мењају, тако се и уређај може надоградити. У микроскопији је модуларност популарна због доступности, флексибилности и могућности надоградње. Нови микроскопи се могу склопити као лего. У спектрометрији је то теже изводљиво, јер се за измену карактеристика сваког дела морају вршити обимна израчунавања. Код ласера се иде супротно од модуларности, ка технологији "кључ у руке", јер све више корисника нема довољно сазнана о ласерској технологији.

Економија

Узроци раста фотоничких технологија се виде у порасту надгледања, даљинског надзора и детекције, а највећи пораст је због употребе у медицинским наукама због старења популације. Значајни трендови су да се сензори слике развијају у системе за обраду слике. Моћ обраде расте и системи су јачи и удобнији а мање троше. Фотоника има потенцијал да сачува ресурсе, смањи трошкове и учини нас здравијим и безбеднијим. На беспилотној летелици главно више није летење, него камера и енергетска независност - у оба случаја је фотоника главна технологија. У земљама у развоју ће се дијагностика, преносна конзументска електроника и конференцијско разговарање мобилним телефонима удружити у јединствено тржиште.

Утицај повећаног захтева за медицинску негу на економију ће порасти. Опрема за медицинску анализу (крв, тумори...), као и за формирање и обраду слике приликом израде зубне крунице су неки од примера. За развијене земље се размишља о смањењу трошкова а за земље у развоју довођење неге до великог броја корисника, што је обећавајуће за улогу фотонике.

Ефикасније истраживање и развој се виде у приватно-јавним партнерствима. Пошто основна истраживања не могу бити ефикаснија, већи обим се очекује повећањем буџета, а у примењеним истраживањима и у развоју се може више издвојити паралелно са развојем индустрије. У развијеним земљама је утицај соларних ћелија на економију у виду развоја ефикаснијих технологија оријентисаних ка инфраструктури. У земљама у развоју унутрашња политика диктира њихово увођење и развој.

Пробој се види у машинском осматрању (безбедност и надгледање), осветљењу и оптичкој телекомуникацији. Иако се не виде веће опасности за фотоничку индустрију, економски изазови се могу пребродити кроз "брже-јефтиније-боље". Најозбиљнија претња би било значајно смањење фондова за образовање и истраживање у науци и технологији. Јавља се проблем у фрагментираности индустрије. Треба такође имати на уму да се свака фотоничка фирма својим развојем специјализује по примени својих производа и тиме добија нови идентитет (произвођач ласера за бушење прецизних рупа у металу из фотонике прелази у област обраде материјала).

Највећи пораст у фотоничкој индустрији у наредном периоду се види у конзументској електроници, машинском осматрању, осветљењу и нарочито у биофотоници (сензори, ласери и оптомеханички уређаји).

Извори и литература:

  1. M. Freebody, Photonics Spectra (Jan 2015) [Online 19.01.2015.].
  2. H. Hogan, Photonics Spectra (Jan 2015) [Online 19.01.2015.].
  3. V. Coffey, Photonics Spectra (Jan 2015) [Online 19.01.2015.].
  4. G. Boas, Photonics Spectra (Jan 2015) [Online 19.01.2015.].
  5. J. Murphy, Photonics Spectra (Jan 2015) [Online 19.01.2015.].

2015-01-23