خلاصه داستان
پژوهشگران آلمانی دستگاهی نوآورانه به نام «متافایبر» (Metafiber) معرفی کردهاند که میتواند تمرکز نور را با دقتی میکرونی، سرعت بالا و بدون نیاز به اجزای مکانیکی درون خود تار نوری تغییر دهد. این فناوری بر پایه چاپ سهبعدی نانو و یک هولوگرام فازی روی تار دوهستهای عمل میکند و تنها با تغییر توان نسبی در هستهها، موقعیت نقطه تمرکز را جابهجا میسازد.
چرا مهم است؟
کنترل دقیق کانون نور از ستونهای اصلی فناوریهای پیشرفته در میکروسکوپی، جراحی لیزری، اپتیک کوانتومی و مخابرات نوری است. تا امروز راهحلهای متداول برای این کار به مجموعههای بزرگ و پیچیدهای از عدسیها یا قطعات متحرک نیاز داشتند. این ابزارهای جانبی نهتنها سرعت پاسخدهی را کاهش میدهند، بلکه مانعی بر سر راه کوچکسازی و یکپارچهسازی سامانههای اپتیکی محسوب میشوند.
متافایبر این مانع را برطرف کرده و امکان دسترسی به سامانهای بسیار فشرده، مقاوم و سریع را فراهم آورده است.
چگونه کار میکند؟
در قلب متافایبر یک هولوگرام سهبعدی با فناوری نانو چاپ شده که روی سطح انتهایی تار نوری دوهستهای قرار دارد. نور در این تار میتواند از دو هسته موازی عبور کند و در انتها تداخل ایجاد کند. هولوگرام به گونهای طراحی شده که نسبت توان میان دو هسته، الگوی تداخل و در نهایت نقطه تمرکز پرتو خروجی را تعیین کند.
با افزایش یا کاهش توان در هر هسته، مکان نقطه کانونی بدون هیچ قطعه متحرکی جابهجا میشود. آزمایشها نشان دادهاند که این تغییر میتواند بهصورت پیوسته بیش از ۳ میکرون باشد، در حالی که کیفیت پرتو خروجی همچنان بالا باقی میماند.
یافتههای کلیدی
- دقت بالا: تغییر موقعیت کانون با دقت میکرونی.
- سرعت زیاد: کنترل تمرکز تنها با تغییر توان در هستهها، بسیار سریعتر از روشهای مکانیکی یا بلور مایع.
- یکپارچگی: کل سامانه داخل تار نوری قرار دارد و نیازی به اجزای حجیم بیرونی نیست.
- کیفیت پرتو: تمرکز تغییر میکند بدون افت محسوس در کیفیت.
کاربردهای احتمالی
متافایبر دریچهای به روی نسل تازهای از ابزارهای فوتونیک باز میکند:
- میکروسکوپی و اپتیک زیستی: امکان تصویربرداری دقیقتر در مقیاس سلولی و مولکولی.
- ابزارهای اندوسکوپی پیشرفته: برای تشخیص یا جراحیهای کمتهاجمی.
- بهداماندازی و دستکاری نوری ذرات: در پژوهشهای فیزیک و زیستشناسی.
- مخابرات نوری: بهبود مسیردهی و کنترل سیگنال در شبکههای فیبر نوری پرسرعت.
- اپتیک کوانتومی: فراهم کردن بستری فشرده و سریع برای آزمایشهای حساس.
پشت صحنه پژوهش
این پژوهش توسط تیمی به رهبری پروفسور مارکوس اشمیت در مؤسسه فناوری فوتونیک لایبنیتس و دانشگاه فردریش شیلر ینا انجام شده و نتایج آن در نشریه معتبر Light: Science & Applications منتشر شده است.
تصاویر منتشرشده از هولوگرام سهبعدی نانوچاپی و بخش توسعهیافتهی تار نوری نشان میدهد که چگونه تغییرات توان در هستهها به تغییر موقعیت کانون منجر میشود.
آینده
متافایبر نقطه عطفی در یکپارچهسازی فوتونیک روی فیبر است. این فناوری میتواند به سرعت در سامانههای موجود پیاده شود زیرا با معماری فیبرهای فعلی سازگار است. پژوهشگران انتظار دارند در آینده نزدیک این نوآوری بهطور گسترده وارد حوزههای تحقیقاتی و صنعتی شود و نسل تازهای از ابزارهای نوری بازپیکربندیپذیر را بسازد.