نجح الباحثون في تمرير شعاع من الضوء عبر دليل موجي داخل البلورات الغروية

يمكن أن يساعد هذا الاكتشاف في تحسين نشاط الألياف الضوئية

يعد الباحثون في جامعة إلينوي أول من حقق التوصيل البصري للأشعة تحت الحمراء القريبة من خلال المكونات المدمجة عن طريق التجميع الذاتي داخل بلورات ضوئية ثلاثية الأبعاد. تشمل تطبيقات هذه البلورات النشطة بصريًا تقليل فقدان الطاقة في توصيل الإشعاع، وأشعة الليزر ذات العتبة المنخفضة، والدوائر الكهربائية الضوئية المعتمدة على الرقائق الإلكترونية.

يقول بول براون، الأستاذ في كلية الهندسة وعلوم المواد بجامعة إلينوي: "إن السمة الرئيسية لطرق التصنيع التي تستخدم البلمرة متعددة الفوتون والفحص المجهري للمسح بالليزر متحد البؤر هي وجود مادة غروانية تتجمع ذاتيًا ولها فجوة نطاقية فوتونية". في دراسة سابقة نشرت في عام 2002، كان فريق براون البحثي أول من أظهر أنه باستخدام البلمرة متعددة الفوتون، تمكنوا من دمج مكونات بوليمرية داخل ثاني أكسيد السيليكون عن طريق التجميع الذاتي للبلورة الغروية. أثبت براون وفريقه أن النشاط البصري الفعلي يتم الحصول عليه داخل أدلة الموجات وداخل التجاويف التي تم إنشاؤها في البلورات الغروية.

"لقد اتخذنا أبحاثنا السابقة كنقطة انطلاق وبفضل التقدم الحالي على المستويين النظري والحسابي، تمكنا من تحضير المادة الضوئية المذكورة أعلاه بمساعدة التحسينات في طرق زراعة المواد وتحسين القدرات في التكوين الغروي، يقول براون، وهو أيضًا عضو في معهد بيكمان بالجامعة، وفي مختبر أبحاث المواد فريدريك سيتز وفي مختبر التكنولوجيا الدقيقة والنانو. ومن أجل إعداد أجهزتهم النشطة بصريًا، بدأ الباحثون في تجميع جزيئات الزوران الكروية البلورية الغروية بقطر موحد للغاية يبلغ 900 نانومتر.

بعد إزالة المذيب، ملأ الباحثون الفراغات بين الفواصل بمونومر نشط بصريًا. ثم مرروا شعاع ليزر عبر المجهر إلى داخل البلورة لبلمرة المونومرات في المواقع المطلوبة. وفي الخطوة التالية، قاموا بإزالة المحلول الزائد للمونومرات غير المتفاعلة ثم ملؤوا الهيكل بجزيئات زوران. أخيرًا، قاموا بإزالة الصيغ الكروية، وتركوا المكونات البصرية المرغوبة ثلاثية الأبعاد مدمجة في البلورة الضوئية النهائية.

وقال براون: "إن استخدام الجسيمات التي يبلغ قطرها 900 نانومتر يخلق فجوة نطاقية تبلغ 1.5 ميكرون، وهو ما يتوافق تمامًا مع الطول الموجي المستخدم في صناعة الاتصالات المتقدمة للنقل الإلكتروني في كابلات الألياف الضوئية". "إن إنشاء هذه الأدلة الموجية باستخدام طرق التجميع الذاتي الغرواني والبلمرة المتعددة الفوتون هو أبسط وأكثر كفاءة وأرخص من طرق التصنيع الشائعة الأخرى، وخاصة بالنسبة للبلورات الضوئية. تم قبول هذا البحث للنشر في مجلة Nature Photonics وهو متاح على موقع المجلة. تم تمويل أبحاث براون من قبل إدارة أبحاث الجيش الأمريكي، والمؤسسة الوطنية للعلوم، ووزارة الطاقة الأمريكية.

الخبر الاصلي