روشی نوین برای کنترل نور برای تقویت فناوری های بی سیم آینده
رکنا: پژوهشگران یک ابزار نوری جدید ساختهاند که میتواند 2 شکل متفاوت از نور بهصورت گردابهای تولید کند؛ یکی الکتریکی و دیگری مغناطیسی. این الگوهای ساختاریافته نور که «اسکایرمین» نام دارند، از پایداری فوقالعادهای برخوردارند و حتی در معرض اختلال نیز شکل خود را حفظ میکنند. این تابآوری، آنها را به گزینههایی جذاب برای رمزگذاری اطلاعات در سامانههای ارتباطی بیسیم آینده تبدیل میکند.
به گزارش گروه ترجمه رکنا به نقل از ساینس دیلی، «شویچیان ژانگ»، نویسنده مسئول از دانشگاه تیانجین گفت: «دستگاه ما نهتنها بیش از یک الگوی گردابهای را در پالسهای تراهرتزی منتشرشونده در فضای آزاد تولید میکند بلکه میتواند با استفاده از همان بستر یکپارچه، بهصورت درخواستی بین دو حالت جابهجا شود. چنین قابلیت کنترلی برای کاربردهای واقعی ضروری است؛ جایی که انتخاب و بازتولید قابلاعتماد یک حالت مطلوب برای رمزگذاری عملی اطلاعات اهمیت حیاتی دارد.»
این تیم نتایج کار خود را در نشریه Optica، متعلق به Optica Publishing Group و ویژه پژوهشهای با تأثیرگذاری بالا، منتشر کرده است. در این مطالعه، ژانگ و همکارانش توضیح میدهند که چگونه با استفاده از یک «متاسطح غیرخطی» به نخستین نمایش آزمایشی اسکایرمینهایی دست یافتهاند که میتوان آنها را بهطور فعال میان پیکربندیهای الکتریکی و مغناطیسی در پالسهای نوری تراهرتزی حلقوی جابهجا کرد. متاسطحها موادی بسیار نازک با الگوهای نانومقیاس هستند که امکان دستکاری نور را به شیوههایی فراهم میکنند که در قطعات نوری متعارف ممکن نیست.
«ییجی شن»، نویسنده همکار مسئول از دانشگاه فناوری نانیانگ، گفت: «نتایج ما مفهوم اسکایرمینهای قابلتعویض در فضای آزاد را به سوی ابزاری قابلکنترل برای رمزگذاری مقاوم اطلاعات سوق میدهد. این کار میتواند الهامبخش رویکردهای تابآورتر در ارتباطات بیسیم تراهرتزی و پردازش اطلاعات مبتنی بر نور باشد. این نوع کنترل همچنین میتواند مدارهای نوری را ممکن سازد که حالتهای مختلف سیگنال را تولید، سوئیچ و هدایت میکنند.»
ساختارهای قابلبرنامهریزی نور تراهرتزی
امواج تراهرتز توجه فزایندهای را برای فناوریهای نسل بعدی ارتباطات و حسگری به خود جلب کردهاند. این پژوهش بخشی از تلاش گستردهتر برای توسعه منابع نور تراهرتزی است که فراتر از صرفاً تولید پالس عمل کنند و بر شکلدهی این پالسها برای کاربردهای عملی تمرکز دارند.
یکی از ساختارهای بسیار امیدوارکننده، گردابه حلقوی نور است که حلقهای تشکیل میدهد که در آن میدان الکترومغناطیسی به درون خود خم میشود و شکلی پایدار و شبیه دونات ایجاد میکند. این گردابهها راههای بیشتری برای رمزگذاری اطلاعات فراهم میکنند، اما بیشتر سامانههای موجود تنها یک نوع الگو تولید میکنند و معمولاً توانایی جابهجایی میان حالتها را ندارند.
برای رفع این محدودیت، پژوهشگران دستگاهی یکپارچه طراحی کردند که میتواند در پالسهای تراهرتزی فضای آزاد میان الگوهای گردابه حلقوی الکتریکی و مغناطیسی جابهجا شود. این رویکرد بر یک متاسطح غیرخطی ویژه متکی است که از نانوساختارهای فلزی با آرایش دقیق ساخته شده است.
هنگامی که پالسهای لیزری فمتوثانیه نزدیک به فروسرخ با الگوهای قطبش متفاوت به متاسطح برخورد میکنند، دستگاه پالسهای تراهرتزی حلقوی متمایزی تولید میکند. بسته به نوع قطبش، گردابه حاصل دارای بافت اسکایرمین در حالت الکتریکی یا مغناطیسی خواهد بود. این سازوکار همانند انتخاب کلیدهای متفاوت برای دستیابی به نتایج گوناگون عمل میکند؛ بهگونهای که یک الگوی نوری حالت الکتریکی و دیگری حالت مغناطیسی را فعال میسازد.
«لی نیو»، نویسنده نخست از دانشگاه تیانجین که آزمایشها را انجام داده است، گفت: «نوآوری اصلی در متاسطح غیرخطی نهفته است که پالسهای لیزری فمتوثانیه شکلدهیشده در ناحیه نزدیک به فروسرخ را به پالسهای نوری تراهرتزی حلقوی متناسب تبدیل میکند.»
«جیاگوانگ هان»، سرپرست پروژه از دانشگاه تیانجین، افزود: «با بهکارگیری عناصر نوری سادهای مانند صفحههای موج و رتاردرهای گردابهای برای کنترل الگوی قطبش لیزر ورودی، توانستیم دستگاهی فشرده بسازیم که بهطور فعال میان دو حالت توپولوژیک متمایز نور جابهجا میشود.»
اندازهگیری و تأیید جابهجایی اسکایرمینها
برای ارزیابی عملکرد سامانه، تیم پژوهشی یک سامانه اندازهگیری تراهرتزی فوقسریع ساخت که امکان مشاهده پالس نوری را هنگام حرکت در فضا فراهم میکرد. بهجای اتکا به یک اندازهگیری واحد، آنها پالس را در موقعیتها و زمانهای متعدد اسکن کردند تا بازسازی کنند میدان الکترومغناطیسی چگونه تحول مییابد.
این اندازهگیریها ویژگیهای شاخص پالسهای نوری حلقوی را آشکار و بهوضوح دو حالت اسکایرمین را از یکدیگر متمایز کرد. پژوهشگران همچنین از سنجشهای وفاداری برای ارزیابی عملکرد استفاده کردند و رفتار جابهجایی قابلاعتماد همراه با خلوص بالای هر حالت را تأیید کردند.
در ادامه، این تیم قصد دارد فناوری را برای کاربردهای متمرکز بر ارتباطات بهبود دهد. کارهای آینده بر ارتقای پایداری بلندمدت، تکرارپذیری و بازدهی، و همچنین کوچکتر و مقاومتر کردن سامانه تمرکز خواهد داشت. آنها همچنین در پی گسترش این رویکرد فراتر از دو حالت با افزودن وضعیتهای قابلکنترل بیشتر هستند که امکان رمزگذاری پیچیدهتر و انعطافپذیرتر اطلاعات را فراهم خواهد کرد.
ارسال نظر