Mikročip magija: uvijeni kristali otvaraju novu eru kontrole svetlosti
Novi senzori na mikročipu, koji koriste uvijene moaré fotonske kristale, mogu precizno podešavati svojstva svetlosti u realnom vremenu.
Proboj u dizajnu na mikročipu
Ovo bi moglo zameniti glomazne optičke sisteme jednim kompaktnim, ali snažnim čipom.
Uvijeni moaré fotonski kristali — vrsta najsavremenijeg optičkog metamaterijala — obećavaju izgradnju manjih, snažnijih i svestranijih optičkih sistema. Ali kako tačno funkcionišu? Zamislite dva sloja tkanine sa jednostavnim, ponavljajućim šarama, poput pruga ili kvadrata. Kada ih postavite jedan preko drugog, svaka šara ostaje vidljiva. Ali ako blago zakrenete ili pomerite jedan sloj, pojaviće se nove, složenije šare — šare koje ne postoje ni na jednom sloju zasebno.
Precizno podešavanje svetlosti pomoću uvijanja i slojeva
Isti princip važi i za uvijene moaré fotonske kristale. Kada se slojevi rotiraju ili im se promeni razmak, način na koji oni interaguju sa svetlošću se menja. Pažljivim podešavanjem ugla uvijanja i rastojanja između slojeva, istraživači mogu precizno kontrolisati više osobina svetlosti istovremeno — kao što su faza, polarizacija i talasna dužina. Ovo otvara mogućnost da se više glomaznih optičkih komponenti zameni jednim kompaktnim uređajem. Međutim, naučnici do sada nisu uspeli da integrišu ove kristale u uređaje koji bi mogli aktivno da upravljaju uvijanjem i razmakom između slojeva u realnom vremenu — što je ozbiljno ograničavalo njihovu primenu.
Proboj u dizajnu na mikročipu
Sada su istraživači sa Škole inženjerstva i primenjenih nauka Džon A. Polson (Harvard), u saradnji sa Univerzitetom Stenford i Kalifornijskim univerzitetom u Berkliju, razvili senzor na mikročipu sa uvijenim moaré fotonskim kristalima koji koristi MEMS tehnologiju za kontrolu ugla i razmaka između slojeva u realnom vremenu. Senzor može istovremeno detektovati i prikupljati detaljne informacije o polarizaciji i talasnoj dužini svetlosti. Istraživanje je objavljeno 3. aprila u časopisu Nature Photonics, a finansirali su ga Nacionalna fondacija za nauku SAD, DARPA, Kancelarija za naučna istraživanja Ratnog vazduhoplovstva SAD i Kancelarija za mornarička istraživanja SAD. Uzorci su izrađeni u Harvardovom Centru za nanosisteme, koji je deo Nacionalne mreže za koordiniranu nanotehnologiju.
Kompaktan, podesiv i moćan
„Uvijeni moaré fotonski kristali su obećavajući za razvoj manjih i snažnijih optičkih sistema jer nude visoko podesiva optička svojstva, preciznu kontrolu svetlosti, kompaktan i skalabilan dizajn, kao i širok spektar primena u naprednim fotonskim tehnologijama,“ rekao je Erik Mazur, profesor fizike i primenjene fizike na Harvardu i glavni autor rada. „Naše istraživanje pokazuje koliko ovi materijali mogu biti moćni kada imamo preciznu kontrolu i uspostavlja put ka skalabilnim, ravnim optičkim uređajima pogodnim za raznovrsne zadatke u manipulaciji svetlošću i obradi informacija,“ dodao je Honing Tang, postdoktorski istraživač na Harvardu i prvi autor studije.
Dizajnirano za masovnu proizvodnju
U Harvardovom uređaju, slojevi fotonskih kristala nalaze se na vertikalnim i rotacionim aktuatorima, povezanim sa elektrodom. Ceo uređaj je veličine svega nekoliko milimetara i može se izrađivati pomoću CMOS-kompatibilnih procesa, što znači da se može masovno proizvoditi u standardnim fabrikama za nanofabrikaciju. Istraživači su pokazali da korišćenjem aktuatora za menjanje rastojanja i rotacije slojeva fotonskih kristala mogu izvoditi istovremeno hiperspektralno i hiperpolarimetrijsko snimanje — što znači da svaki piksel koji senzor uhvati sadrži informacije iz celog elektromagnetnog spektra, kao i detaljne informacije o stanju polarizacije svetlosti. Ovo je prvi aktivno podesivi uređaj koji može prikazati toliko detaljnih informacija o više osobina svetlosti.
Potencijal u različitim industrijama
„Ovi uređaji mogu se koristiti u raznim oblastima, uključujući kvantno računarstvo, prenos podataka, satelite ili medicinsku dijagnostiku, gde je ključno dobiti jasnu sliku i precizne informacije o svetlosti i bojama,“ rekao je Tang.
U budućnosti, ovi uređaji bi mogli imati još složenije mogućnosti podešavanja, uključujući aktuatorske sisteme sa više stepeni slobode.
Izvor: Scitechdaily
