نانو تکنالژي در صنعت مخابرات کشور

نويسنده :فاطمه ثقفي

مطلب زير، قسمت­هايي از يكي از مقالات ارائه شده در همايش "نانوتكنولوژي، انقلاب صنعتي آينده" است كه در اسفند 1380 برگزار شد. اين مقاله توسط خانم فاطمه ثقفي، از مركز تحقيقات مخابرات ايران تهيه شده است. علاقمندان مي توانند جهت مطالعة متن كامل مقاله، به جلد اول مجموعه مقالات همايش مراجعه نمايند:

با توجه به افزايش تقاضا براي استفاده از سيستم هاي مختلف ارتباطي سريع و پرظرفيت، سيستم مخابرات نوري بهترين انتخاب براي جوابگويي به اين تقاضا روزافزون است. اين سيستم ها در سرعت هاي بالا با استفاده از موج­برهاي الكترواپتيك در ابعاد نانومتري ساخته مي شوند. گرچه كشور ما در زمينههاي مختلف علمي ممكن است از كشور­هاي پيشرفته عقب تر باشد، ولي شواهد حاكي از آنOLESEP013A.jpg (100221 bytes) است كه در زمينه اپتيك و ليزر فاصله ما با آنها بسياركم است و با برنامه‌ريزي قوي، خيلي سريع مي­توان با آنها رقابت كردماخذ 1).)

ازطرفي تا سال 2000 هنوز كشورهاي منطقه خاورميانه سهمي در بازار بين المللي مخابرات نوري نداشتند و اين منطقه بكر و خالي از رقيب مانده است. ضمناً تا سال 2002 سهم اين بازار حدود 100 ميليارد دلار برآورد شده، كه رقم قابل توجهي است(ماخذ2). به عنوان مثال، فروش كريستال­هاي غيرخطي كه در مخابرات الكترواپتيك به كار مي­رود, رشدي سرسام‌آور دارد به طوري كه فروش سال 2005، 36 برابر فروش سال 2000 خواهد بود و به طور متوسط سالانه بيش از 90 درصد افزايش رشد وجود خواهد داشت(ماخذ3). بنابراين تدوين استراتژي واحد، در كل كشور رمز موفقيت در اين كار خواهد بود. در اين مقاله ضرورت تدوين استراتژي نانوتكنولوژي براي مخابرات الكترواپتيك بيان مي­شود.

مقدمه:

ساده ترين تعريف از نانوتكنولوژي بيان مي كند كه اين فناوري قدرت سازماندهي، كنترل و ساخت در حد اتمي و مولكولي را فراهم مي آورد. با اين فناوري جديد، انقلابي در زندگي بشر به وجود آمده و مواد و امكانات جديدي در عرصه هاي مختلف علوم از جمله مخابرات، شيمي، مواد، بيوتكنولوژي و غيره ايجاد مي­شود. نانوتكنولوژي مبحث جديدي نيست و از سالها پيش در زندگي بشر وجود داشته است، ولي قرن حاضر زماني است كه بشر توانسته آن را بهتر بشناسد و با رويكردي جديد، بيشتر از گذشته آن را تحت كنترل خود درآورد ماخذ3). (

تكامل سيستم هاي شبكه اترنت (Ethernet) به Mb/s 100 و سپس Gb/s 10، سبب رشد خيلي سريع شبكه­هاي محلي شده است. همزمان با آن الگوي ترافيكي به بيرون از ناحيه محلي و هسته شبكه منتقل شده است. پيشرفت­ شگرف تجهيزات الكترواپتيك، از لحاظ قيمت و عملكرد، باعث مي شود تا شبكه­هاي DWDM و سويچ هاي الكترواپتيك جايگزين شبكه­هاي عمومي (Public Network Sector) شوند. زيرا اين سيستم الكترواپتيك قادر است، سرعت قسمت پشتيبان (Backbone) شبكه IP را تا حد تراهرتز (Hz 1012) با هزينه كمتر، افزايش دهد.

لازم به ذكر است، ايجاد سيستم هاي نوري سرعت بالا، تنها با استفاده از مدولاتورها و سويچ هاي الكترواپيتكي يا تمام نوري امكانپذير است، زيرا افت سيگنال انتقال داده شده با كابلهاي نوري نيز، مانند ساير محيطهاي انتقال، در مسافت­هاي طولاني بسيار زياد شده و باعث محو سيگنال و عدم دريافت آن مي شود. براي جلوگيري از اين مساله، بايد سيگنال اطلاعات در فركانس هاي بالا مدوله شود و اين كار با استفاده از مدلاتورهاي نوري امكان پذير است.

در ميان مدولاتورهاي نوري مدولاتورهاي الكترواپيتيكي "ماخ زندر" بهترين كيفيت را دارا هستند. ساخت اين مدولاتورها، نيازمند تجهيزات لايه نشاني و اتاق هاي تميز با كلاس بالا (كمتر از 10000) است. لايه‌نشاني­هاي لازم براي ساخت اين مدولاتور و ادوات جانبي آن كه مهم ترين بخش در سيستم هاي نوري محسوب مي شوند، دقتي در حد نانومتر و آنگسترو م را مي­طلبد. حتي در لايه نشاني با روش هاي تعويض پروتون و اپيتكسي، اتم ها با آرايش مناسب، تك به تك در كنار هم چيده مي­شوند. به همين علت است كه نانوتكنولوژي در صحنه مخابرات نوري وارد شده است.

براي ساخت مدولاتور نوري از بستري به نام ليتيوم نايوبيت استفاده مي­شود. اين ماده يك كريستال غيرايزوتروپيك است كه ضريب شكست آن با اعمال ولتاژ الكتريكي بر روي آن تغيير مي­كند. از اين خاصيت براي مدولاسيون نور در آن استفاده مي شود. در بخش هاي ديگر اين مقاله در زمينه ميزان فروش و سهم بازار "ليتيوم نايوبيت" و ديگر تجهيزات مخابرات الكترواپتيكي، مطالبي مطرح خواهد شد كه بر ضرورت تدوين استراتژي در اين صنعت تاكيد خواهد كرد.

كشور ما اغلب دنباله رو كشور­هاي صنعتي بوده و نوآوري تكنولوژي آن در حداقل ممكن بوده است. از طرفي عدم وجود بستر مناسب براي تحقيقات پيشرفته در كشور، مهاجرت دانشمندان به كشورهاي صنعتي را تشديد كرده است. ايجاد بستر مناسب براي اين كار نيازمند برنامه­ريزي دقيق و صرف هزينه بالاست كه بايد توجيه منطقي داشته باشد. در ادامه ضرورت تدوين استراتژي با بيان نتايج اقتصادي حاصل از پياده سازي طرح معرفي مي شوند.

ضرورت تدوين استراتژي براي صنعت مخابرات الكترواپتيك كشور

در عصر حاضر واژه­هاي "تحقيقات بنيادي" و "تحقيقات كاربردي" جاي خود را به "تحقيقات استراتژيك" و "تحقيقات ماموريت­گرا" (Mission-Oriented) داده اند. بنابراين در آينده قدرت در اختيار ممالكي است كه مديريت و تخصص لازم براي تبديل سريع تحقيقات علمي به فناوري برتر روز را در اختيار داشته باشند. در كشور ما امروزه چيزي به نام استراتژي تدوين شده، براي فعاليت هاي فن آوري اپتيكي و ليزري وجود ندارد و اين امر سبب تشتت كارها و عدم نتيجه گيري صحيح شده است. موارد زير از جمله دلايلي است كه ضرورت تدوين استراتژي در اين بخش را بيان مي­كند:

1) نيازمندي به سيستم­هايي با پهناي باند وسيع در آينده: رشد سريع تكنولوژي باعث افزايش سرعت شبكه­هاي مخابراتي شده است. از طرفي ضرورت پيوستن به بازار تجارت جهاني حقيقتي انكارناپذير است. زيرا كشورهايي كه در اين محدوده قرار نگيرند در آينده با مشكلات عديده­اي مواجه خواهند شد. از طرف ديگر تجارت جهاني با در دست داشتن سيستم هاي سريع مبتني بر WEB بسيار موثرتر از گذشته عمل خواهد كرد.

2) كل سهم بازار مخابرات در سال 2000، معادل 327.5 ميليارد دلار بوده است كه 19 درصد آن، يعني 45.2 ميليارد دلار، سهم بازار مخاربرات نوري است و اين سهم نيز در سال‌هاي آينده رو به افزايش است(شكل1). در واقع با يك تكنولوژي كه در مراحل اوليه چرخه عمر خود قرار دارد و كاملاً رو به رشد حركت مي كند روبه رو هستيم(ماخذ3). كه سرمايه گذاري در اين تكنولوژي معقول و منطقي است.

سهم مخابرات نوري در سال 2004 با رشد 225درصد معادل 102 ميليارد دلار تخمين زده است (شكل 2) كه رقمي بسيار قابل توجه است(ماخذ3).

در سال 2000 از بازار مخابرات نوري 40.4 متعلق به آمريكا، 29.6 درصد متعلق به اروپا، 19 درصد ژاپن، 7.9 درصد متعلق به آسياي ميانه و 1،3 درصد متعلق به ساير كشورها بوده است (شكل 3). واضح است كه كشورهاي منطقه خاورميانه در اين بازار سهمي ندارند و دراين جا بازار بدون رقيب مانده است. اولين كشوري كه در اين منطقه به صورتي موفق قدم در عرصه نانوتكنالژي بگذارد، برگ برنده را با خود خواهد داشت.

4)كريستال­هاي غير خطيموادي هستند كه در اثر اعمال ولتاژ الكتريكي ضريب شكست آنها تغيير مي­كند. شركت مخابرات تجاري آمريكا (BCC) تحقيقات وسيعي در زمينه بازار فروش اين كريستال ها انجام داده است. اين مطالعات نشان مي­دهد بازار فروش اين كريستال­ها به طور متوسط هر سال 90 درصد رشد خواهد داشت. در اين ميان "ليتيوم نايوبيت" (LiNbo3) به عنوان اصلي ترين كريستالي كه در ساخت مدولاتورهاي الكترواپتيك سريع به كار مي­رود، حدود 75 درصد از بازار در سال 2000 را به خود اختصاص داده است كه در سال 2005 اين مقدار به 88 درصد سهم بازار مواد غيرخطي افزايش خواهد يافت. با اين وصف، ليتيوم نايوبيت يكه­تاز بازار فروش خواهد شد. در مرحله بعد از آن، كريستال هايي مانند Lilo3 قرار دارند كه در ساخت ليزرها و ايزولاتورها به كار مي روند(ماخذ2). اين مساله به خوبي بيان مي­كند كه آينده متعلق به مخابرات الكترواپتيك است. طبق جدول 1، كل فروش اين مواد در سال 2005 معادل 11.2 ميليارد دلار خواهد بود.

4) طبق مطالعات BCC، مقدار رشد ساليانه بازار صنعت فوتونيك و مخابرات نوري، صفحه­ها نمايشي نوري (Displays) در سال 2001 الي 2006 معادل 55 درصد خواهد بود

5) آمار نشان مي دهد، خروج دانشمندان، افراد فرهيخته و متخصص از كشور، تنها به دلايل اقتصادي انجام نمي­شود. تعداد كثيري از اين افراد به خاطر عدم وجود بستر تكنولوژيكي و آزمايشگاه‌هاي پيشرفته در ايران، به كشورهاي غربي مهاجرت مي كنند كه امكان بازگشت آنها در صورت ايجاد بستر مناسب علمي وجود دارد. به عنوان مثال، تنها در بخش مخابرات دانشگاه واترلو كانادا حدود 30 نفر دانشجو و استاد ايراني حضور دارند.

6) در كشور ما پتانسيل علمي لازم براي انجام تحقيقات مخابرات الكترواپتيك و ليزر در حد گسترده وجود دارد. وجود مقالات منتشر شده در نشريات معتبر بين­المللي و پروژه­هاي فوق ليسانس و دكترا در اين زمينه، خود مؤيد اين مساله است. از طرفي در دانشگاههاي مختلفي مخابرات الكترواپتيك، ليزر و اپتيك به عنوان رشته­هاي مجزا در سطح فوق ليسانس و دكترا ارايه مي­شود(ماخذ1).

7) برآوردهاي بين المللي در سال 1998 حاكي از آن است كه براي انجام بيش از 6000 ميليارد دلار كل مبادلات كالايي جهان، حدود 100 ميليارد دلار، صرف هزينه مبادله مي­شود كه حدود 25 ميليارد دلار آن با استفاده از تجارت الكترونيك قابل صرفه­جويي است. اين مقدار براي تجارت خارجي ايران 300 ميليون دلار برآورده شده است. كه در مقايسه با كل لايحه بودجه سال 1381 دولت (حدود 6000 ميليارد تومان) مبلغ قابل توجهي است. ايجاد بستر مخابرات الكترواپتيك در كشور، باعث تسهيل و افزايش سرعت انتقال داده‌ها و تجارت الكترونيك خواهد شد.

وجود يك استراتژي واحد در كل كشور در زمينه مخابرات الكترواپتيك باعث مي‌شود از دوباره‌كاري‌ها و فعاليت‌هاي موازي جلوگيري شده و مبلغ زيادي در بيت‌المال صرفه‌جويي شود.

تمام موارد فوق و بسياري از دلايل ديگر كه در حوصله اين بحث نمي‌گنجد، ضرورت ورود ايران به عرصه نانوتكنولوژي مخابرات نوري و تدوين يك استراتژي پايدار براي توسعه اين فناوري را توجيه پذير ساخته و مورد تاييد قرار مي‌دهد.

لينکهاي مربوط: نانو تکنالژي در حوزه مغناطيس

منابع:

1. خلاصه مذاكرات گردهمايي در خصوص برپايي نمايشگاه تكنولوژي برتر ليزر و اپتيك كشورهاي CIS با كمك انجمن بين‌المللي ليزر روسيه و دفتر همكاري‌هاي فناوري رياست جمهوري، 28 شهريور 1380.

2. http://bccresearch.com/press, RGB-117R Non-Linear Optical.

3. "World Market for Optical Network: Equipment, Components & Connectors," Bishop & Associates Inc., http://www.gii.co.jp/, Jan. 1, 2001

با تشکر از انجمن تحليلگران استراتژي ايران