יעילות גבוהה, עלות נמוכה: לייזרי מיקרוקומב חדשים "הכל באחד" יכולים לשנות את מוצרי האלקטרוניקה

לייזרים שנוצרו באוניברסיטת רוצ'סטר סוללים את הדרך למחוללי מסרקת תדרים חדשים על-שבב.

מסרקות תדר אופטיות, מכשירים חיוניים למדידת אור, שינו שדות כמו מטרולוגיה, ספקטרוסקופיה ופיתוח שעון אטומי. עם זאת, הקושי בייצור מחוללי מסרקת תדרים בקנה מידה של מיקרו-שבבים הגביל את שילובם בטכנולוגיות נפוצות, כגון אלקטרוניקה כף יד.

במחקר שפורסם ב תקשורת טבעחוקרים מאוניברסיטת רוצ'סטר מתארים לייזרים מיקרוקומביים חדשים שפיתחו שמתגברים על מגבלות קודמות וכוללים עיצוב פשוט שיכול לפתוח את הדלת למגוון רחב של שימושים.

מהן מיקרומסרקים?

מסרקות תדר אופטיות מייצרות ספקטרום של אור המורכב ממספר אלומות קוהרנטיות, כל אחת מכווננת לתדר או צבע אחר, במרחקים מרווחים באופן שווה. הצורה המתקבלת דומה לשיניים על מסרק שיער. בשנים האחרונות, מדענים פועלים ליצירת גרסאות ממוזערות של הטכנולוגיה הזו, או מיקרו-קומבות, שיכולות להתאים על שבבים קטנים.

אבל בעוד שמדענים התקדמו ביצירת אב טיפוס של מיקרו-קומבות, הייתה להם הצלחה מוגבלת בייצור גרסאות ברות קיימא שניתן ליישם במכשירים מעשיים. המכשולים כוללים יעילות צריכת חשמל נמוכה, יכולת שליטה מוגבלת, תגובות מכניות איטיות, והצורך בתצורה מתוחכמת מראש של המערכת.

גישה פשוטה

צוות חוקרים בראשות צ'יאנג לין, פרופסור במחלקה להנדסת חשמל ומחשבים של רוצ'סטר ובמכון האופטיקה, יצר גישה ייחודית לפתרון אתגרים אלו במכשיר אחד.

לדברי Jingwei Ling, דוקטורנט להנדסת חשמל ומחשבים במעבדה של לין והמחבר הראשי של המאמר, גישות קודמות מסתמכות בדרך כלל על לייזר באורך גל יחיד המוזרק לממיר לא ליניארי שיכול להעביר את אורך הגל היחיד לאורכי גל מרובים, ויוצר את מסרק אופטי.

"חיסלנו את אורך הגל הבודד כי זה ידרדר את יעילות המערכת", אומר לינג. "במקום זאת, כל המסרק עצמו מוגבר בלולאת משוב בתוך המערכת, כך שכל אורכי הגל משתקפים ומשתפרים בתוך אלמנט בודד."

הפשטות של הלייזר המיקרו-קומב "הכל באחד" גורמת לדרישות הספק נמוכות יותר, עלויות נמוכות יותר, יכולת כוונון גבוהה ותפעול סוהר.

"זה קל לתפעול", אומר מחבר שותף ז'נגדונג גאו, גם הוא סטודנט לתואר שלישי בהנדסת חשמל ומחשבים במעבדה של לין. "השיטות הקודמות מקשות על לעורר את המסרק, אבל בשיטה זו, אנחנו צריכים רק להפעיל את מקור הכוח, ואנחנו יכולים לשלוט ישירות על המסרק".

נותרו מכשולים להטמעת הלייזרים המיקרו-קומבים הללו, במיוחד עם פיתוח טכניקות ייצור ליצירת רכיבים זעירים כל כך בתוך הסובלנות הדרושה לייצור. אבל החוקרים מקווים שהמכשירים שלהם יכולים לשמש ליישומים כמו מערכות טלקומוניקציה וזיהוי אור וטווח טווח (LiDAR) עבור כלי רכב אוטונומיים.

הסוכנות לפרויקטי מחקר מתקדמים של ההגנה והקרן הלאומית למדע תמכו במחקר זה.