نوع جديد من الألياف الضوئية

قام فريق من العلماء من جامعة ولاية بنسلفانيا في الولايات المتحدة الأمريكية بتطوير أول ألياف ضوئية على الإطلاق تتكون من نواة سيلينيد الزنك - وهو مركب أصفر يستخدم كأشباه الموصلات 

قام فريق من العلماء من جامعة ولاية بنسلفانيا في الولايات المتحدة بتطوير أول ألياف ضوئية على الإطلاق تتكون من نواة سيلينيد الزنك - وهو مركب أصفر يستخدم كأشباه الموصلات. وتسمح العائلة الجديدة من هذه الألياف المبتكرة بتحكم أكثر كفاءة وتقدمًا في الضوء، مما يعد بتمهيد الطريق لتطوير تقنية رادار ليزر أكثر تنوعًا. ويمكن تطبيق هذه التكنولوجيا لتطوير أجهزة ليزر جراحية وطبية محسنة، وأجهزة ليزر أفضل من النوع المستخدم كوسيلة للحماية في الجيش، وأشعة ليزر استشعار بيئية من النوع المستخدم لقياس الملوثات واكتشاف انتشار عوامل الحرب الكيميائية عن طريق الإرهابيين.

وقال الباحث الرئيسي: "لقد أصبح القول بأن الألياف الضوئية هي حجر الزاوية في عصر المعلومات الحالي أصبح تقريبًا مبتذلاً". "هذه الألياف الصغيرة والطويلة، والتي هي أصغر بثلاث مرات من شعرة الإنسان، قادرة على نقل تيرابايت (تريليون بايت) - أي ما يعادل 250 قرص DVD. - المعلومات في ثانية واحدة. ومع ذلك، هناك دائمًا طرق لتحسين التكنولوجيا الحالية." ويوضح الباحث أن تكنولوجيا الألياف الضوئية كانت تقتصر دائمًا على استخدام النواة الزجاجية. ويشير الباحث إلى أن "الزجاج له ترتيب ذري عشوائي". "على النقيض من ذلك، فإن المواد البلورية، مثل سيلينيد الزنك، مرتبة بشكل ملحوظ. وهذا النظام يسمح للضوء بالمرور عبر الأطوال الموجية الأعلى، خاصة تلك الموجودة في منتصف الأشعة تحت الحمراء.

على عكس زجاج السيليكات، الذي يستخدم تقليديا في الألياف البصرية، فإن سيلينيد الزنك هو مركب شبه موصل. وقال الباحث الرئيسي: "لقد عرفنا منذ فترة طويلة أن سيلينيد الزنك مركب مفيد قادر على التعامل مع الضوء بطرق لا تستطيع السيليكا القيام بها". "كانت الحيلة هي إنشاء هذا المركب في بنية ليفية، وهو أمر لم يحدث من قبل." بفضل طريقة الربط الكيميائي عالية الضغط المبتكرة التي تم تطويرها في مختبر الباحث بادينغ، تمكن الباحثون من إدخال قلوب جالبو (الدليل الموجي، الإدخال على ويكيبيديا) لطبقة سيلينيد الزنك داخل أنابيب زجاج السيليكات لتلقي عائلة جديدة من الألياف الضوئية. يوضح الباحث: "إن عملية التكديس عالي الضغط فريدة من نوعها من حيث أنها تتيح إنشاء نوى طويلة وصغيرة من ألياف سيلينيد الزنك ذات بنية محددة للغاية".

اكتشف الباحثون أن الألياف الضوئية المكونة من سيلينيد الزنك يمكن أن تكون مفيدة بطريقتين. أولاً، لاحظوا أن الألياف الجديدة كانت أكثر كفاءة في تغيير الضوء من لون إلى آخر. ويشير الباحث الرئيسي إلى أنه "عندما يتم استخدام الألياف الضوئية العادية في اللافتات والعروض والأعمال الفنية، لا يتم دائمًا الحصول على الألوان المطلوبة". "يعد سيلينيد الزنك، الذي يستخدم عملية تعرف باسم تحويل التردد غير الخطي، أكثر فعالية في تغيير الألوان." ثانيًا، كما توقع الباحثون، وجدوا أن عائلة الألياف الجديدة أظهرت تنوعًا أكبر ليس فقط في الطيف المرئي، ولكن أيضًا في نطاق الأشعة تحت الحمراء - الإشعاع الكهرومغناطيسي ذو الأطوال الموجية الأطول من تلك الموجودة في النطاق المرئي. الألياف الضوئية الموجودة غير فعالة في نقل ضوء الأشعة تحت الحمراء.

ومع ذلك، كانت الألياف الضوئية الجديدة أيضًا قادرة على نقل الأطوال الموجية الطويلة للأشعة تحت الحمراء. يوضح الباحث: "إن القدرة على استخدام هذه الأطوال الموجية تثير اهتمامنا لأن هذا الاكتشاف يمثل خطوة إلى الأمام نحو تحضير الألياف التي يمكن استخدامها كأشعة ليزر تحت الحمراء". "على سبيل المثال، يستخدم الجيش حاليًا تكنولوجيا الرادار والليزر القادرة على استخدام الأطوال الموجية لنطاق الأشعة تحت الحمراء القريب، أو نطاق 2.5-2 ميكرون. سيكون الجهاز الذي يمكنه استخدام نطاق الأشعة تحت الحمراء المتوسط، أو النطاق الذي يزيد عن 5 ميكرون، أكثر دقة. والألياف التي طورناها قادرة على نقل أطوال موجية تصل إلى 15 ميكرون."

ويوضح الباحث أن الكشف عن الملوثات والسموم البيئية يمكن أن يكون تطبيقًا آخر لتقنية رادار ليزر أفضل قادرة على الاستجابة للضوء ذو الأطوال الموجية الأطول. "تمتص الجزيئات المختلفة الضوء بأطوال موجية مختلفة؛ على سبيل المثال، يمتص الماء أو يحجب الضوء بأطوال موجية تبلغ 2.6 ميكرون". "ومع ذلك، فإن جزيئات الملوثات أو المواد السامة الأخرى قد تمتص الضوء بأطوال موجية أطول بكثير. إذا تمكنا من نقل الضوء عبر أطوال موجية أطول في الغلاف الجوي، فسنكون قادرين على تحديد موقع المواد الموجودة فيه بشكل أكثر وضوحًا.

بالإضافة إلى ذلك، يشير الباحث الرئيسي إلى أن الألياف الضوئية من سيلينيد الزنك يمكن أن تمهد الطريق للبحث الذي من شأنه أن يتيح تحسين الأساليب الجراحية المعتمدة على الليزر، مثل جراحة إصلاح العين.

ونشرت نتائج البحث في المجلة العلمية المواد المتقدمة.

أخبار الدراسة