لیزری کوچک برای نقشه‌برداری از جهان‌های پنهان
فیزیکدانان دانشگاه هاروارد در یک دستاورد فناوری برجسته، لیزری با اندازه‌ای کوچک ولی قدرتمند ساخته‌اند که امواج نوری پالسی و شدید در طیف مادون قرمز میانی تولید می‌کند. این طیف نوری که هم ارزش علمی بالایی دارد و هم از نظر فنی دستیابی به آن بسیار چالش‌برانگیز است، اکنون در قالب یک تراشه کوچک قابل دسترسی است. این دستگاه بدون نیاز به هیچ قطعه جانبی خارجی، عملکرد سیستم‌های بزرگتر را در خود جای داده است.
به گزارش scitechdaily، این پیشرفت فناوری نخستین نمونه از یک تولیدکننده پالس‌های لیزری پیکوثانیه‌ای در طیف مادون قرمز میانی است که کاملاً روی یک تراشه قرار دارد. این لیزر قادر است یک "مشبک فرکانس نوری" ایجاد کند که طیفی از فرکانس‌های نوری با فواصل منظم است و برای اندازه‌گیری‌های دقیق استفاده می‌شود. این پلتفرم فشرده می‌تواند نسل جدیدی از حسگر‌های گازی گسترده‌طیف برای نظارت بر محیط زیست و ابزار‌های پیشرفته طیف‌سنجی برای تصویربرداری پزشکی را ممکن سازد.
پیشرفتی بزرگ در فناوری لیزر مادون قرمز میانی
این تحقیق توسط فدریکو کاپاسو، استاد فیزیک کاربردی در مدرسه مهندسی و علوم کاربردی جان‌ای. پالسون هاروارد، رهبری شده است. این پروژه با حمایت مالی بنیاد ملی علوم و وزارت دفاع ایالات متحده انجام شده و با همکاری بین‌المللی تیمی از محققان از دانشگاه فناوری وین (TU Wien)، گروهی از محققان ایتالیایی به رهبری لوئیجی آ. لوگیاتو، و شرکت لئوناردو DRS Daylight Solutions تحت نظارت تیموتی دی توسعه یافته است.
کاپاسو می‌گوید: «این فناوری جدید که فوتونیک غیرخطی روی تراشه را با تکنولوژی لیزر کوانتومی کاسکادی ترکیب می‌کند، چیزی است که تاکنون وجود نداشت"، می‌گوید. علاوه بر این، این دستگاه‌ها می‌توانند با استفاده از فرآیند‌های استاندارد ساخت نیمه‌هادی در کارخانه‌های صنعتی تولید شوند.»
قدرت طیف مادون قرمز میانی در تشخیص گاز‌ها
طیف مادون قرمز میانی، بخشی نامرئی از طیف الکترومغناطیسی است که امروزه در کاربرد‌های محیطی بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد. بسیاری از مولکول‌های گازی مانند دی‌اکسید کربن و متان، نور مادون قرمز میانی را به طور کارآمد جذب می‌کنند. این ویژگی باعث شده است که این طیف به ابزاری مهم برای نظارت بر گاز‌های محیط زیست تبدیل شود، به‌ویژه با استفاده از تکنولوژی لیزر کوانتومی کاسکادی که توسط کاپاسو در دهه ۱۹۹۰ معرفی شد.
مقاله جدید نشان می‌دهد که این دستگاه می‌تواند منبع نوری گسترده‌طیفی تولید کند که به طور همزمان اثرات جذب چندین گاز مختلف را تشخیص دهد. دمیتری کازاکوف، نویسنده اصلی مقاله و محقق در گروه کاپاسو می‌گوید: «این یک گام کلیدی به سمت ایجاد منبع ابرپیوسته است که می‌تواند هزاران فرکانس نوری مختلف را در یک تراشه تولید کند.»
غلبه بر چالش‌های پالس‌دهی در لیزر‌های کوانتومی کاسکادی
یکی از چالش‌های اصلی در این پروژه، تولید پالس‌های نوری در لیزر‌های کوانتومی کاسکادی بود. این لیزر‌ها به دلیل دینامیک فوق‌العاده سریع خود، به سختی می‌توانند پالس‌های نوری تولید کنند. در حالی که سیستم‌های موجود برای این کار به تنظیمات پیچیده و اجزای سخت‌افزاری جداگانه نیاز دارند، تیم تحقیقاتی هاروارد با الهام از دستگاه‌های مدولاسیون نوری به نام «میکرورزوناتور کِر» توانستند این مشکل را حل کنند.
تئودور لتزو، دانشجوی دکترا در MIT و محقق در گروه کاپاسو می‌گوید: «ما دو حوزه مختلف را با هم ترکیب کردیم و از تجربیات جامعه میکرورزوناتور کِر استفاده کردیم. این فرآیند بسیار هیجان‌انگیز بود.»
نظریه دهه ۱۹۸۰ با لیزر‌های مدرن ترکیب شد
محققان از یک نظریه پایه‌ای که در دهه ۱۹۸۰ منتشر شده بود، استفاده کردند. این نظریه، چارچوبی برای میکرورزوناتور‌های کِر فعال ارائه می‌داد. لوئیجی لوگیاتو، نویسنده اصلی این معادله، می‌گوید: «این پایانی هیجان‌انگیز برای سفری است که با معادله لوگیاتو-لففر شروع شد. این مدل که در ابتدا برای سیستم‌های غیرفعال طراحی شده بود، اکنون به چارچوبی واحد برای شبکه‌های فرکانسی در انواع حفره‌ها تبدیل شده است.»
آماده برای مقیاس‌پذیری، طراحی سازگار با تولید صنعتی
این لیزر مادون قرمز میانی می‌تواند به مدت ساعت‌ها پالس‌های نوری تولید کند و به‌طور قابل اطمینان کار کند. مهم‌تر از همه، این دستگاه می‌تواند با استفاده از فرآیند‌های تولید صنعتی موجود، به‌صورت انبوه تولید شود. این ویژگی می‌تواند سرعت پذیرش گسترده آن را به‌شدت افزایش دهد.
تیموتی دی، مدیرعامل شرکت لئوناردو DRS می‌گوید: «این فناوری می‌تواند بازیگر اصلی در زمینه طیف‌سنجی مادون قرمز میانی باشد.توانایی استفاده از فرآیند‌های تولید موجود برای تولید این دستگاه‌ها در مقیاس تجاری، می‌تواند در بازار‌های مختلفی از جمله نظارت بر محیط زیست، کنترل فرآیند‌های صنعتی، تحقیقات علوم زندگی و تشخیص پزشکی تحولی ایجاد کند.»
انتهای پیام/
