الثلاثاء، 05 فبراير 2019 - 02:21 ص

يعتبر مجال الفوتونيات من المجالات التكنولوجية الحديثة نسبيا وتستخدم في إنتاج العديد من الابتكارات التي تعتمد بشكل أساسي على الإشارات الضوئية كبديل للدوائر الإلكترونية المتكاملة.

د. نهال فايز فهمي أستاذ الفوتونيات بقسم الإلكترونيات والاتصالات بكلية الهندسة جامعة المنصورة وعضو الفريق البحثي تحت رئاسة الدكتور صلاح عبية المدير المؤسس لمركز الفوتونيات والمواد الذكية بمدينة زويل للعلوم والتكنولوجيا تحدثنا عن جهودها والفريق فى تطوير هذا المجال للاستفادة به لخدمة الإنسانية فى العديد من المجالات.

في البداية نود التعرف على ماهية الدوائر الفوتونية المتكاملة؟

هى مجموعة من النبائط الفوتونية (مكونات الكترونية) المصممة على قاعدة واحدة أو أكثر وتعمل بشكل متناغم على معالجة الإشارات الضوئية بالعديد من صور المعالجة مثل الترشيح والتكبير والتعديل وغيرها. هذه الدوائر يتم تصميمها باستخدام تقنيات مختلفة مثل قواعد السليكون فوق العازل أو قواعد البلورات الفوتونية أو المواد البلازمونية. ويعتبر تعدد هذه التقنيات ضرورة حتمية لتحسين كفاءة الدوائر الفوتونية المتكاملة المصممة.

حدثينا عن الطفرة التى أحدثتها ثورة الفوتونيات من وجهة نظر نشاطكم البحثى؟

- ثورة التكنولوجيا الحديثة بدأت مع ظهور الدوائر الإلكترونية المتكاملة جنبا إلى جنب مع الكابلات المعدنية التى تعالج إشارات كهربية، ومع مرور الوقت أصبح استخدام هذه التقنية لنقل المعلومات عائقا خاصة مع كم البيانات المراد نقلها وأيضا سرعة وسرية النقل.

ومن هنا كمرحلة انتقالية اتجهت الأنظار إلى استخدام الإشارات الضوئية لنقل البيانات بدلا من الإشارات الكهربية وبدأ ذلك مع علم يدعى أنظمة النبائط الكهروضوئية، وهذا العلم ببساطة يعتمد على استخدام كابلات الفايبر لنقل إشارات ضوئية من وإلى دوائر إلكترونية متكاملة تعمل على معالجة إشارات كهربية، وتعتمد هذه الأنظمة على تحويل الإشارات الكهربية إلى ضوئية والعكس وهذا بدوره يحد من كفاءة هذه الأنظمة ولا يحدث التطور المأمول فى كفاءة نقل البيانات.

من هذا المنطلق بدا العلماء على المستوى الدولى شبه متفقين على ضرورة البدء فى عمل دوائر فوتونية متكاملة تحاكى عمل الدوائر الإلكترونية المتكاملة لتصميم شبكات اتصال تعمل بكفاءة عالية على نقل ومعالجة الإشارات الضوئية ومن هنا ظهر علما الفوتونيات والنانوفوتونيات اللذان هما محور أنشطتى البحثية.

ما الأهمية التطبيقية للدوائر الفوتونية المتكاملة فى المجتمع؟

- الدوائر الفوتونية المتكاملة لها العديد من التطبيقات العملية والضرورية لمجتمعنا، منها على سبيل المثال تصميم حاسوب ضوئى بوحدة معالجة كاملة تتعامل مع الإشارات الضوئية مما يدعم وبقوة شبكات اتصال فائقة الكفاءة. 

ومنها أيضا ما يدعى نيورومورفك فوتونيك وهو علم تصميم دوائر فوتونية متكاملة لخدمة علم دراسة الأعصاب الذى يعد فرعا متعدد التخصصات من علم الأحياء لدراسة الجهاز العصبى على مستويات مختلفة من الدراسات الجزيئية والخلوية للعصبونات الفردية إلى تصوير المهام الحسية والحركية فى الدماغ وأيضا لفهم وتشخيص الخصائص الأساسية والطارئة للخلايا العصبية والدوائر العصبية للكائنات الحية وعلى رأسها الإنسان وهذا بالتبعية ضرورى جدا فى ظل انتشار الفيروسات والأمراض التى تزعج وتصيب الجسم أو العقل البشرى.

ماذا عن نشاطك البحثى فى تصميم الدوائر الفوتونية المتكاملة؟

- اشتركت مع زملائى الباحثين بمركز الفوتونيات والمواد الذكية بمدينة زويل فى تصميم عدد من النبائط الفوتونية بشكل مبتكر أهمها البوابات الرقمية الضوئية والذاكرة الضوئية والماصات الضوئية وكلها نبائط تعمل على معالجة الإشارة الضوئية بصور مختلفة وكفاءة عالية. 

وقد نشرت هذه الأبحاث فى مجلات علمية لها سمعة عالمية كبيرة فى المجتمع العلمى أيضا فى أواخر العام الماضى نجحنا فى نشر بحث فى مجلة علمية عالمية هى JOSAB عن تصميم عدسة من الكريستالات الفوتونية المعدنية لها قدرة عالية على تركيز الأشعة الضوئية تم استخدامها فى تغذية مرشدات موجات فى دوائر فوتونية متكاملة مبنية على البلورات الفوتونية. 

وكل هذه المحاولات تدعم وتؤسس وتدفع بقوة فى اتجاه تطبيق واستخدام الدوائر الفوتونية المتكاملة كبديل للدوائر الإلكترونية.