الرادار الضوئي

قام فريق البحث التابع للبروفيسور إيريز هاشمان من التخنيون بتطوير تقنية لضغط عشرات العدسات على سطح نانومتر. يمهد البحث المنشور في مجلة Science الطريق لإنشاء نوع جديد تمامًا من المكونات البصرية مع تطبيقات محتملة في الطب والغذاء والاتصالات وغيرها من المجالات.

تتحدث مجلة Science عن تقنية جديدة طورتها مجموعة البحث التابعة للبروفيسور إيريز هاشمان من كلية الهندسة الميكانيكية ومعهد راسل بيري لتقنية النانو في التخنيون. تتيح هذه التقنية ضغط عشرات العدسات على سطح نانومتر. التطبيقات الممكنة: تطوير واختبار المكونات الغذائية والدوائية، توصيلات الاتصالات وإشارات الاتصال، إرسال أشعة الضوء إلى الأماكن المطلوبة، تقسيم الضوء في نهاية الألياف الضوئية، توصيل عدة أشعة ضوئية، نظارات متعددة البؤر بمستوى غير مسبوق من الضوء الدقة وأجهزة الحوسبة الكمومية.
يوضح البروفيسور هاسمان: "مصدر إلهامنا هو الرادار العادي، الذي يعتمد على تصميم الهوائيات التي ترسل وتستقبل جبهات موجية مختلفة. ويرتبط التحدي في الانتقال من رادار الموجات الراديوية إلى الرادار البصري بحقيقة أننا هنا نتعامل مع أطوال موجية أقصر بكثير - في منطقة 0.5 ميكرون - ويجب أن يكون طول الهوائي أصغر من الطول الموجي.

أجرى البحث المجموعة البحثية للبصريات النانوية بقيادة البروفيسور حسنان، وشارك فيه طلاب البحث الحنان ماجد، إيجور يوليفيتش، ديكال ويشسلر والباحث الدكتور فلاديمير كلاينر، بالتعاون مع البروفيسور مارك برونجرسما من جامعة ستانفورد. جامعة. وأظهرت المجموعة أنه من خلال المزج المكاني للهوائيات المختلفة، من الممكن إنتاج العديد من واجهات الموجات من مفتاح بصري مشترك. يوضح البروفيسور هاسمان: "من المتوقع أن يؤدي النهج الذي قمنا بتطويره إلى إحداث ثورة في الوظائف في مجال البصريات، وهو يعتمد على مزيج من المفهوم الرئيسي المشترك والأسطح الوصفية - وهو مجال قمت بتطويره في عام 2001." يمهد هذا المزيج الطريق لتطبيق مكونات متعددة الوظائف، أي مكونات قادرة على أداء عدة عمليات في نفس الوقت، وفي الواقع لأنواع جديدة من المكونات البصرية.

الأسطح الفوقية عبارة عن عناصر بصرية رفيعة، يبلغ سمكها شعرة تقريبًا، وتنتشر عليها هوائيات صغيرة (nanoantennas). يحدد موضع الهوائيات واتجاهها خصائص المكونات البصرية الصغيرة، وبالتالي فإن التحكم الدقيق في تخطيط الهوائي ضروري لأداء الجهاز. طبقت المجموعة تقنيات لإنشاء مصفوفات هوائيات نانوية من أجل الحصول على واجهات موجية خاصة متعددة، مثل أشعة الضوء ذات الزخم الزاوي. تم استخدام هذا الإنجاز للقياس المتزامن لطيف واستقطاب الضوء، مما يتيح إجراء تحليل طيفي قطبي متكامل على الشريحة.
في مقال في مجلة العلوم، تم اختياره للنشر المبكر من قبل المحررين، تم عرض طرق مختلفة لتنفيذ الوظائف المتعددة في الأسطح الخارقة. يتيح الترتيب الفريد للهوائيات النانوية للباحثين تركيز أشعة الضوء وتحويلها في الاتجاهات المطلوبة مع التحكم في درجة دوران الفوتون. الدوران، أي الزخم الزاوي الداخلي، هو خاصية للجسيم الضوئي الذي يصف اتجاه دوران الفوتون.

واستفاد الباحثون من هذه الميزات وقاموا بتطوير مكون قادر على قياس الطول الموجي واستقطاب الضوء في وقت واحد، وفي قياس واحد. وهو في الواقع مقياس طيفي قطبي يبلغ حجمه حوالي 50 ميكرون، مما يسمح بدمجه في أنظمة التشخيص الصغيرة والمتقدمة في الطب والمجالات الأخرى. قدموا في المقالة توصيفًا وتمييزًا بين نوعين من الجلوكوز - اليسار (L) واليمين (D). من الناحية المورفولوجية، يعتبر كلا النوعين من الجلوكوز عبارة عن متصاوغات ضوئية، مما يعني صورة مرآة دقيقة لبعضهما البعض - مثل زوج من اليدين. هذه الخاصية تسمى chirality. وبما أن الجلوكوز يغير استقطاب الضوء، فقد قام الباحثون بقياس خصائص الضوء المتناثر من محلول الجلوكوز باستخدام الأسطح الفوقية التي طوروها، وبالتالي تمكنوا من التمييز بين نوعي الجلوكوز.
يعد هذا التمييز بين نوعي الجلوكوز مهمًا نظرًا لأن الثدييات لديها إنزيمات تعرف كيفية تحطيم الجلوكوز D ولكن ليس الجلوكوز L، وبالتالي فإن enantiomer D فقط هو النشط بيولوجيًا. علاوة على ذلك، بما أن معظم الجزيئات البيولوجية تكون كيرالية، فإن التمييز بين المتصاوغات له آثار واسعة في الصناعات الدوائية والغذائية. على سبيل المثال، كان الثاليدومايد - وهو نفس الدواء المضاد للغثيان الذي تسبب في آلاف حالات العيوب الخلقية في الخمسينيات - يعتمد على جزيء مراوان، أحد المتصاوغات الضوئية منه يخفف من غثيان الصباح لدى النساء الحوامل ولكن الآخر يضر بنمو الجنين. .

يرأس البروفيسور حسمان مختبر البصريات الدقيقة والنانوية في كلية الهندسة الميكانيكية وفي RBNI (معهد راسل بيري لأبحاث تكنولوجيا النانو) في التخنيون. ووفقا له، "إلى جانب المعرفة التي تراكمت لدينا هنا خلال سنوات عديدة من العمل، فإن التخنيون لديه بنية تحتية متقدمة للغاية على المستوى العالمي، مما يسمح لنا بتطوير وإنتاج تكنولوجيا النانو الرائدة للغاية". وهو يشير بفخر إلى مكانة إسرائيل على الخريطة البصرية العالمية. "إن إسرائيل، وليس التخنيون فقط، هي بالتأكيد إمبراطورية في مجال البصريات. هناك مجموعات بحثية رائدة على مستوى العالم هنا بالإضافة إلى صناعة مثيرة للإعجاب للغاية."

حصل البروفيسور حسنان على درجة الدكتوراه في معهد وايزمان ثم عمل وقاد التطوير لمدة عقد من الزمن في الصناعة المدنية

والأمن في عام 1998، ونظرًا للنقص في مهندسي البصريات، عُرض عليه إنشاء مسار للهندسة البصرية في التخنيون في كلية الهندسة الميكانيكية - وقبل العرض. ووفقا له، "اليوم، من الواضح أن الخلفية الهندسية، مهما كانت واسعة النطاق، غير مكتملة دون خلفية علمية متعمقة، وهذه هي الفجوة التي نسدها هنا: تدريب المهندسين على فهم عميق للعلوم البصرية. واليوم، يوفر هذا المسار للصناعة العديد من الخريجين ذوي المعرفة المتعمقة في مجال البصريات، ويدرب العديد من طلاب الدكتوراه، وهناك أيضًا أساتذة في الأكاديمية نشأوا هنا في مسار الهندسة البصرية.