از دستگاه‌های فوتونیکی کوچک می‌توان برای یافتن سیارات فراخورشیدی جدید، کنترل سلامت افراد و کارایی بیشتر اینترنت استفاده کرد. محققان دانشگاه صنعتی چالمرز، سوئد، هم اکنون یک ریزشانه متحول‌کننده (نسل جدیدی از منابع نوری) ارائه کردند که می‌تواند برنامه‌های پیشرفته را به واقعیت نزدیک کند.
ساینسیو – به نقل از ایسنا، ریزشانه یک دستگاه فوتونیکی است که قادر به تولید فرکانس نوری بی‌شمار رنگ‌ها بر روی یک حفره کوچک به نام ریز تشدیدکننده است. این رنگ‌ها به طور یکنواخت توزیع می‌شوند، بنابراین ریزشانه مانند «خط‌کش ساخته شده از نور» رفتار می‌کند. از این دستگاه می‌توان برای اندازه‌گیری یا تولید فرکانس‌ها با دقت بسیار زیاد استفاده کرد.
در این مقاله جدید، هشت محقق دانشگاه چالمرز نوع جدیدی از ریزشانه را روی یک تراشه توصیف کرده‌اند که مبتنی بر دو ریز تشدیدکننده است. ریزشانه جدید وسیله‌ای منسجم، قابل‌تنظیم و تجدیدپذیر است که تا ۱۰ برابر بازدهی تبدیل خالص بیشتر از آخرین پیشرفت‌های علمی دارد.
اسکار هلگاسون، دانشجوی دکترا در گروه میکروتکنولوژی و علوم نانو در چالمرز و اولین محقق این تحقیق می‌گوید: «دلیل اهمیت نتایج این است که آن‌ها نمایانگر ترکیبی منحصربه‌فرد از ویژگی‌ها از نظر کارایی، عملکرد کم‌مصرف و کنترل هستند که در این زمینه بی‌سابقه است.»
محققان چالمرز اولین افرادی نیستند که ریزشانه را روی تراشه نشان می‌دهند، اما آنان روشی را توسعه داده‌اند که بر چندین محدودیت شناخته شده در این زمینه غلبه می‌کند و منجر به خصوصیات فیزیکی منحصربه‌فرد می‌شود.
ریزشانه که به تازگی ساخته شده و روی تراشه قرار گرفته بسیار ریز و فاصله بین دندان‌های شانه بسیار گسترده است و فرصت‌های زیادی برای محققان و مهندسان ایجاد می‌کند.
دامنه گسترده‌ای از برنامه‌های کاربردی بالقوه
از آنجا که به طور تقریبی هر اندازه‌گیری می‌تواند به فرکانس مرتبط باشد، ریزشانه‌ها دامنه گسترده‌ای از کاربردهای بالقوه را ارائه می‌دهند. به عنوان مثال، آن‌ها می‌توانند با جایگزینی ده‌ها لیزر با یک ریزشانه در مقیاس تراشه در اتصالات مرکز داده، مصرف برق را در سیستم‌های ارتباطی نوری به طور اساسی کاهش دهند. آن‌ها همچنین می‌توانند در رادار لیزری برای رانندگی خودکار وسایل نقلیه در اندازه‌گیری مسافت استفاده شوند.
حوزه هیجان‌انگیز دیگری که می‌توان از ریزشانه‌ها در آن استفاده کرد، درجه‌بندی طیف نگاری است که در رصدخانه‌های نجومی به کشف سیارات فراخورشیدی شبیه زمین اختصاص یافته است. ساعت‌های نوری بسیار دقیق و برنامه‌های کنترل سلامت برای تلفن‌های همراه از دیگر امکانات ریز شانه‌ها هستند. همچنین با تجزیه و تحلیل ترکیب هوای بازدم، می‌توان بیماری‌ها را در مراحل اولیه تشخیص داد.
شرکت ویکتور تورس، مدیر پروژه تحقیقاتی چالمرز می‌گوید: «برای اینکه این فناوری عملی باشد و از آن در خارج از آزمایشگاه استفاده شود، لازم است عناصر اضافی را با ریز تشدیدکننده‌ها مانند لیزرها، تعدیل کننده‌ها و الکترونیک کنترل یکپارچه کنیم. این یک چالش بزرگ است، که شاید به پنج تا ۱۰ سال زمان و سرمایه‌گذاری در تحقیقات مهندسی نیازمند باشد. اما من مطمئن هستم که این اتفاق خواهد افتاد.»
وی ادامه داد: «جالب‌ترین پیشرفت‌ها و کاربردها مواردی است که ما حتی تصورشان را هم نکرده‌ایم و به‌احتمال زیاد با داشتن چندین ریزشانه در یک تراشه امکان‌پذیر خواهد بود.»
نکته کلیدی در ریزشانه پیشرفته جدید چالمرز این است که محققان از دو ریز تشدیدکننده به جای یکی استفاده کرده‌اند؛ ریز تشدیدکننده‌ها با یکدیگر تعامل دارند و شبیه نحوه اتصال اتم‌ها هنگام تشکیل یک مولکول دو اتمی هستند. این آرایش به‌عنوان یک مولکول فوتونیک شناخته می‌شود و دارای خصوصیات فیزیکی منحصربه‌فردی است.
نتایج این تحقیق در مجله Nature Photonics منتشر شده است.