التطلع إلى مستقبل علم الضوئيات واستكشاف إمكانات تكنولوجيا الليزر

في “المؤتمر الدولي لتكنولوجيا الليزر 2024 (AKL’24)” الذي عُقد سابقًا،  لم يقتصر دور 525 مشاركًا من 21 دولة على المشاركة في 3 منتديات و9 جلسات فرعية تضمنت ما مجموعه 82 تقريرًا متخصصًا فحسب، بل قاموا أيضًا بزيارة معارض 58 شركة ومشاهدة 60 عرضًا حيًّا لتكنولوجيا الليزر في مختبرات معهد فراونهوفر لتكنولوجيا الليزر (ILT) وجامعة آر دبليو تي إتش آخن.
خلال المؤتمر، ركزت المنتديات والندوات المختلفة على القضايا الساخنة التي تشغل اهتمام القطاع حالياً. وفي الوقت نفسه، يُجسِّد مؤتمر AKL العمق المهني، حيث يشكل جسراً يربط بين البحوث التطبيقية والتطبيقات العملية. ويجتمع موردو التكنولوجيا والعملاء معاً لطرح الأسئلة والأهداف والرؤى بشكل مشترك، وتعزيز التعاون من خلال هذا المؤتمر.
إن إمكانات تكنولوجيا الليزر لم تُستغل بعد بشكل كامل.

والآن، يتزايد استخدام الليزر في تكنولوجيا الأسطح، والتصنيع الإضافي، والتكنولوجيا الطبية. ويمكن لليزر قطع وربط المعادن والبلاستيك، وتوليد هياكل مجهرية ثلاثية الأبعاد داخل الزجاج، كما يمكن استخدامه لإنتاج أشباه الموصلات والمنتجات الإلكترونية على مستوى الميكرون. ومع ذلك، ففي السنوات الستين التي انقضت منذ اختراع الليزر، لم تستغل صناعة الليزر سوى جزء ضئيل من إمكاناتها التقنية والاقتصادية الفعلية. ولم يتم تطوير الليزر بشكل كامل بعد.
وكما قال البروفيسور كونستانتين هايفنر، مدير معهد فراونهوفر لتكنولوجيا الليزر، في كلمته الختامية في مؤتمر AKL’24: “على العكس من ذلك، فإن تكنولوجيا الليزر لم تزل في بداياتها”. وللاستفادة الكاملة من إمكاناتها، هناك حاجة إلى مصادر أشعة جديدة، وأنظمة بصرية محسّنة، وعمليات مُحسّنة. كانت التطبيقات الأولى للليزر أشبه بفأس يدوي بدائي، في حين تعمل التكنولوجيا الكمومية الحالية على نطاق الفوتونات والأيونات والذرات الفردية. وقد حققت تكنولوجيا الأسطح والطلاءات البصرية دقة مماثلة.

الذكاء الاصطناعي
أحد الموضوعات المهمة في مؤتمر AKL’24: كيف يمكن لعلم الضوئيات الاستفادة من إمكانات الذكاء الاصطناعي في أسرع وقت ممكن؟ نظرًا لتزايد الرقمنة في سلاسل المعالجة، فإن عددًا متزايدًا من الآلات وأجهزة الاستشعار المتصلة بالشبكة يولد كميات هائلة من البيانات. وينطبق هذا على مجالات البحث والتطوير والتصميم، وكذلك على إنتاج الفوتونات ودورة حياة المنتج. ويوفر الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي فرصًا جديدة لتنقية هذه المواد الخام الغنية بالبيانات.

تتحول المواد الخام من البيانات إلى معلومات ذات قيمة مضافة.
أصبح الذكاء الاصطناعي أداة تعتمد على البيانات لإنتاج الفوتونات. والسؤال المطروح الآن هو: كيف يمكن لموردي أنظمة الليزر وأجهزة الاستشعار والبصريات استغلال إمكاناتهم التكنولوجية والاقتصادية في أسرع وقت ممكن؟ قال البروفيسور كونستانتين هايفنر، مدير معهد لاوينهوف لتكنولوجيا الليزر: “بمساعدة الذكاء الاصطناعي، أصبحت القدرة على جمع البيانات واستخلاص قيمة مضافة منها مرادفًا للميزة التنافسية».

تساهم الرقمنة والذكاء الاصطناعي في تشكيل ممارسة علم الضوئيات. وقد أظهرت المناقشات التي دارت في المنتدى بوضوح أن الجمع بين أساليب الذكاء الاصطناعي وتقنيات القياس وأجهزة الاستشعار المختلفة، بما في ذلك الكاميرات، أجهزة قياس الحرارة، أو الثنائيات الضوئية لتسجيل إشعاع العمليات، بالإضافة إلى التصوير المقطعي التوافقي البصري (OCT) وأجهزة الاستشعار الصوتية الليزرية، يوفر إمكانيات تتجاوز بكثير الكشف والتسجيل التقليديين للعيوب والانحرافات.
إذا تمت مزامنة إشارات القياس وأجهزة الاستشعار الناتجة مع بيانات العملية والنظام (مثل بيانات أداء الليزر) باستخدام العنصر الزمني، فيمكن أيضًا استخدام أساليب التحليل المدعومة بالذكاء الاصطناعي لتحديد أسباب العيوب والانحرافات. وستكون هذه هي الخطوة الأولى لإعادة ضبط المعلمات في عملية الليزر الجارية بحيث يتم تجنب عيوب الجودة أو على الأقل اكتشافها على الفور. وبهذه الطريقة، ستقترب عمليات الإنتاج الضوئية بشكل كبير من هدف التصنيع الخالي من العيوب.

ونظرًا لإمكانية دمج القنوات حسب الحاجة، فإن المستشعر يسجل أيضًا الانبعاثات الصوتية والرطوبة وضغط الهواء ودرجة الحرارة. بالإضافة إلى ذلك، وبفضل إمكانية توصيله بأي نظام استشعار تابع لجهات خارجية، يمكن لهذا الجهاز الصغير الحجم إنشاء قاعدة بيانات ضخمة تضم حوالي مليون عينة في الثانية.