تراشه به اندازه ناخن، نور مخلوط را به پرتوهای تمیز باز می کند

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

مهندسان و همکاران استنفورد تراشه‌ای طراحی کردند که می‌تواند مخلوطی از نور را از چندین لیزر دریافت کند و پرتوهای نور پاکی را تولید کند. این اولین باری است که محققان دستگاهی را نشان می‌دهند که می‌تواند نور مختلط یا تا حدی منسجم را بگیرد و فوتون‌هایش را در مجموعه‌ای شفاف از پرتوهای جداگانه دسته‌بندی کند.

این یافته که در Nature Photonics منتشر شده است، فیزیک نظریه‌پردازی‌شده طولانی‌مدت را پایه‌گذاری می‌کند و در عین حال راهی منحصر به فرد برای رصد دنیای اطراف ما، با کاربردهای بالقوه در میکروسکوپ، نجوم و زمینه‌های دیگر را باز می‌کند.

آنی کرو، یکی از نویسندگان، دکترا گفت: «ما به‌طور تجربی چیزهایی را نشان می‌دهیم که در ابتدا در دهه 1980 برای اولین بار تصور می‌شد. دانشجوی رشته مهندسی برق "این کار تاثیر زیادی روی یک دسته کامل از برنامه های کاربردی مختلف دارد زیرا به ما امکان می دهد به روشی کاملا جدید در مورد چیزها فکر کنیم."

کرو توضیح داد که لامپ یک منبع نور نامنسجم و لیزر یک منبع نور منسجم است. یک لیزر را از طریق یک توری عبور دهید و نور روی سطح مقابل یک الگوی خالدار را تشکیل می دهد. یک لامپ را روی همان توری نگه دارید و یک شبکه نرم تر و پراکنده تر ظاهر می شود.

به گفته کرو، فوتون‌های لیزر همه با هم در نوسان هستند که منجر به شکل‌های واضح‌تر روی دیوار می‌شود، زیرا در برخی مناطق نور به یکدیگر اضافه می‌شود و در برخی دیگر خود را خنثی می‌کند. در مقابل، فوتون‌های لامپ در حال برخورد غیرهمگام هستند که منجر به یک الگوی مبهم می‌شود.

محققان می‌خواهند ریتم‌های مختلف موجود در نور لامپ‌های نوری را باز کنند تا انواع جدیدی از ارتباطات، محاسبات و حس را فعال کنند.

چارلز روکز-کارمز، استادیار موسسه علم و فناوری اتریش و عضو سابق علوم استنفورد، می‌گوید: «ما فرصت جدیدی را در اپتیک می‌بینیم که عبارت است از بهره‌برداری از ماهیت واقعی نور که تا حدی منسجم است و استفاده از آن برای کاربردهای مختلف». برای انجام این کار، شما باید آن را به سطل های نوری تجزیه کنید که متقابلا ناهماهنگ هستند یا از نظر آماری همبستگی ندارند.»

برای آزمایش این احتمال، تیم از یک تراشه فوتونیک به اندازه یک ناخن استفاده کردند. تراشه‌های فوتونیک، فوتون‌ها را برای پردازش داده‌ها مشابه نحوه استفاده ریزتراشه‌ها در لپ‌تاپ‌ها و تلفن‌های همراه از الکترون‌ها، کانال‌کشی می‌کنند. در حالی که این تراشه‌های مبتنی بر نور در سال‌های اخیر کوچک‌تر و قدرتمندتر شده‌اند، بحث و جدل ذرات درون آن هنوز یک چالش است.

اولاو سولگارد، استاد مهندسی آدری اس. هنکاک در استنفورد، یکی از نویسندگان این مقاله می گوید: «می توانید با قرار دادن آنها روی یک تراشه، اپتیک بهتری بسازید، درست مانند اینکه می توانید با قرار دادن آنها روی یک تراشه، لوازم الکترونیکی بهتری بسازید.

در آزمایش خود، محققان دو لیزر مادون قرمز را به داخل تراشه نشانه رفتند و منابع نور را با هم مخلوط کردند. نور ترکیبی تا حدی منسجم بود، به این معنی که نوسانات فوتون ها برای مدت کوتاهی در یک ردیف قرار گرفتند اما در نهایت از مرحله خارج شدند. در داخل، الگوریتم ها و معماری تراشه به طور خودکار نور را بر اساس منابع آن مرتب می کند.

سپس، تراشه پرتوهای نور جدا شده را تولید کرد. محققان این پرتوها را از طریق دستگاهی هدایت کردند که آنها را با هم مخلوط می کرد تا ببینند که آیا آنها از نظر شدت به یکدیگر اضافه می شوند یا خیر، اما این دو پرتو با هم هماهنگ نمی شوند و نشان می دهد که آنها پرتوهای نور مستقل و کاملا نامنسجمی هستند.

تیم با تشویق، لیزر سوم را به ورودی اضافه کرد. حتی در آن زمان، تراشه توانست مخلوط را به پرتوهای خالص تقسیم کند. Paul-Alexis Mor، یکی از نویسندگان، بازدیدکننده آکادمیک در مؤسسه علم و فناوری اتریش و دانشجوی مهندسی در Corps des Mines، فرانسه، می‌گوید: «اگر به خروجی‌ها نگاه کنید، کاملا ناهماهنگ هستند؛ مطلقا دیگر هیچ ارتباطی وجود ندارد.

دیوید میلر، یکی از نویسندگان این تراشه، استاد مهندسی برق W. M. Keck، ممتاز، گفت: الگوریتم‌های داخل تراشه نشانه‌های منحصربه‌فرد درون نور نیمه منسجم را تعیین می‌کنند و به آن اجازه می‌دهند تا اجزای منسجم را مرتب کند.

شانهوی فن، یکی از نویسندگان، استاد جوزف و هون مای گودمن در استنفورد، می‌گوید: «تراشه ما حالت‌های انسجام زمینه‌ای یک میدان نوری ناشناخته را می‌آموزد و به صورت فیزیکی آنها را به خروجی‌های جداگانه هدایت می‌کند. این به ما راهی می‌دهد تا انسجام فضایی نور را تحلیل کنیم و در عین حال نور جدا شده را برای پردازش بیشتر در دسترس نگه داریم.»

جداسازی نور مخلوط به اجزای منسجم آن می‌تواند به محققان این امکان را بدهد که حتی در مقایسه با پیچیده‌ترین دوربین‌ها، اطلاعات بیشتری از نور استخراج کنند. هنگامی که در تصویر دوبعدی دوربین رندر می شود، منابع نوری روی هم قرار می گیرند که در کنار هم قرار می گیرند.

میلر گفت: «در دوربین، ما اطلاعات عمق را دور می اندازیم. "با انجام این جداسازی نور، ما همه چیز قابل دانستن در مورد آن را می دانیم. ما می توانیم هر اطلاعات عمقی را که وجود دارد به دست آوریم."

برای مثال، در زیر میکروسکوپ، اگر دو ذره فلورسنت روی هم قرار گیرند، ممکن است در تصویربرداری سنتی به عنوان یکی ظاهر شوند. اما این روش مبتنی بر تراشه فوتونی، در اصل می‌تواند بین نور منابع مختلف تمایز قائل شود. کرو می‌گوید: «اگرچه از نظر فضایی همپوشانی دارند، اطلاعات موجود در نور نشان می‌دهد که منابع مختلف نور وجود دارد.»

میلر، سولگارد و کرو اکنون با ناسا همکاری می کنند تا ببینند آیا این فناوری جدید می تواند نور کهکشان های دور را کاوش کند یا خیر. به عنوان مثال، نوری که به صورت یک حباب در تلسکوپ ظاهر می‌شود، ممکن است در واقع حاوی رشته‌های مجزایی باشد که از ستاره‌ها و سیارات فراخورشیدی جداگانه ساطع می‌شوند.

کرو می گوید: «بسیاری از اطلاعات در دنیای ما به شکل سبک هستند. "نور وسیله ای زیبا برای اندازه گیری اشیاء در محیط است."

پل الکسیس مور و همکاران، جداسازی خودکار نور نیمه منسجم روی تراشه به اجزای متقابل ناهمدوس آن، Nature Photonics (2026). DOI: 10.1038/s41566-026-02035-6

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →