بهبود انقلابی ارتباطات بی‌سیم با کریستال‌های فوتونیک فضازمان

کریستال‌های فوتونیک فضازمان: تحولی نو در ارتباطات بی‌سیم

کریستال‌های فوتونیک فضازمان، موادی هستن که می‌تونن عملکرد و کارایی ارتباطات بی‌سیم و فناوری‌های لیزری رو به شکل چشمگیری بهبود ببخشن. این مواد، آرایش‌های منظم و دوره‌ای از مواد خاص، هم در سه بعد فضا و هم در بعد زمان دارن که این امر، امکان کنترل دقیق خواص نور رو فراهم می‌کنه.

دانشمندان مؤسسه فناوری کارلسروهه (KIT)، به همراه همکارانشون از دانشگاه آلتو، دانشگاه شرق فنلاند و دانشگاه مهندسی هاربین در چین، نشون دادن که چطور میشه از این مواد چهاربعدی در کاربردهای عملی استفاده کرد. نتایج این تحقیق در مجله‌ی Nature Photonics به چاپ رسیده.

کریستال‌های زمانی فوتونیک

کریستال‌های زمانی فوتونیک، از موادی با ترکیب یکنواخت در فضا تشکیل شدن، اما خواصشون در طول زمان، به صورت دوره‌ای تغییر می‌کنه. این تغییرات دوره‌ای باعث میشه طیف نور، به شکل دلخواه مدوله و تقویت بشه که این ویژگی‌ها برای پردازش اطلاعات نوری خیلی مهم هستن.

پروفسور کارستن راکشتول از مؤسسه فیزیک حالت جامد نظری و مؤسسه نانوتکنولوژی KIT گفت: “این موضوع، آزادی‌های جدیدی به ما میده، اما در کنارش چالش‌های زیادی هم داره.” اون اضافه کرد: “این مطالعه، راه رو برای استفاده از این مواد در سیستم‌های پردازش اطلاعات هموار می‌کنه، سیستم‌هایی که می‌تونن از نور، با هر فرکانسی استفاده و اون رو تقویت کنن.”

یک قدم به کریستال‌های فوتونیک چهاربعدی نزدیک‌تر

پارامتر مهم در کریستال زمانی فوتونیک، شکاف باندهای اون در فضای تکانه هست. تکانه، جهتی رو نشون میده که نور در اون منتشر میشه. شکاف باند مشخص می‌کنه که نور باید در چه جهتی منتشر بشه تا تقویت بشه. در کل، هر چی شکاف باند وسیع‌تر باشه، تقویت بیشتری صورت می‌گیره.

دگرگونی در مواد فوتونیک: کشف جدید در تقویت نور

پونیت گارگ، که یکی از نویسنده‌های اصلی مقاله هست، توضیح میده: “قبلاً مجبور بودیم تغییرات دوره‌ای در خواص مواد، مثل ضریب شکست رو افزایش بدیم تا به یک نوار انرژی وسیع برسیم. فقط در این صورت بود که می‌شد نور رو تقویت کرد.” اون اضافه کرد: “از اونجایی که گزینه‌های موجود برای انجام این کار در بیشتر مواد محدوده، این موضوع یه چالش بزرگ به حساب میومد.”

راه حل محققان، ترکیب بلورهای زمانی فوتونیک با یک ساختار فضایی اضافی بود. اونها بلورهای فضازمان فوتونیک رو با ترکیب بلورهای زمانی فوتونیک که از کره‌های سیلیکونی ساخته شده بودن، ایجاد کردن. این کره‌ها نور رو به دام میندازن و مدت زمان بیشتری نگه می‌دارن. در نتیجه، نور به تغییرات دوره‌ای در خواص مواد، بهتر واکنش نشون میده.

ژوشن وانگ، که نویسنده اصلی دیگه این مقاله هست، میگه: “ما در مورد تشدیدهایی صحبت می‌کنیم که تعاملات بین نور و ماده رو تقویت می‌کنن. در سیستم‌های بهینه‌شده این‌چنینی، نوار انرژی تقریباً در تمام فضای مومنتوم گسترش پیدا می‌کنه، یعنی نور می‌تونه بدون توجه به جهت انتشارش، تقویت بشه. این می‌تونه یه گام اساسی در مسیر استفاده عملی از این مواد نوری جدید باشه.”

راکشتول اضافه کرد: “ما از این پیشرفت در زمینه مواد فوتونیک، خیلی هیجان‌زده‌ایم و منتظر دیدن اثرات بلندمدت تحقیقاتمون هستیم. حالا ظرفیت عظیم تحقیقات در زمینه مواد نوری مدرن، می‌تونه به واقعیت تبدیل بشه.” اون همچنین اشاره کرد: “این ایده، فقط محدود به اپتیک و فوتونیک نیست و می‌تونه در سیستم‌های فیزیکی مختلف هم به کار بره و الهام‌بخش تحقیقات جدید در زمینه‌های دیگه باشه.”

این پروژه تحقیقاتی در “مرکز تحقیقات مشترک پدیده‌های موج: تحلیل و عددی” که توسط بنیاد تحقیقات آلمان (DFG) تأمین مالی شده، انجام شده و در حیطه تحقیقات اطلاعاتی انجمن هلمولتز قرار داره.

“`