پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، به نقل از سایت یورونیوز، در یک مرکز تحقیقاتی در شهرک مگورل در نزدیکی بخارست پایتخت رومانی، دانشمندان قدرتمند‌ترین لیزر جهان را در دست ساخت دارند. فناوری نوینی که نوید پیشرفت‌های انقلابی در همه چیز، از بخش سلامت گرفته تا فضا، را می‌دهد.

تاریخچه

شرکت تحقیقاتی  فرانسوی «تالس» که اکنون بر اکتساب فناوری لیزرهای پرقدرت متمرکز است، پیشتر جایزه نوبل را به خود اختصاص داده است. ژرار مورو فرانسوی و دونا استریکلند از کانادا، جایزه نوبل فیزیک ۲۰۱۸ را برای استفاده از قدرت لیزر در ابزارهای دقیق پیشرفته در جراحی چشم و همچنین در صنعت برده بودند. در بیانیه آکادمی نوبل درباره این ابداع آمده بود:

«پرتوهای نور لیزر به ما فرصت‌های جدیدی برای تعمیق دانش‌مان در مورد جهان و شکل دادن به آن داده است.»

این پروژه در قالب پروژه زیرساخت «الی» (ELI) اتحادیه اروپا آغاز به کار کرده است.

ژرار مورو که اکنون ۷۹ ساله است با اشاره به «گام عظیم برداشته‌شده» و «قدرت‌های خارق‌العاده» لیزر جدید می‌گوید:

«ما از یک ذره نورانی کوچک با انرژی بسیار بسیار کم شروع می‌کنیم و سپس آن را میلیون‌ها و میلیون‌ها بار تقویت می‌کنیم.»

دانشمندان در قرن بیستم تلاش خود را برای ایجاد لیزرهای قدرتمندتر آغاز کردند. با این حال در اواسط دهه هشتاد میلادی آنها به بن‌بست رسیدند، زیرا نمی‌توانستند بدون از بین رفتن عاملی که پرتو را تقویت می‌کرد قدرت لیزر را افزایش دهند.

در همین زمان بود که ژرار مورو و دانشجوی آن زمانش، استریکلند، تکنیکی به نام «تقویت پالس چیرپ»(CPA) را اختراع کردند که توانست در عین حفظ منبع شدت‌دهنده، قدرت لیزر را افزایش دهد.

شیوه انجام

در واقع این کار با بسط یک پالس لیزری فوق‌کوتاه، تقویت آن و فشرده کردن مجدد آن به هم کار می‌کند و به این شیوه کوتاه‌ترین و شدیدترین پالس‌های لیزری را ایجاد می‌کند که جهان تاکنون دیده است.

این روش قبلاً در عمل جراحی لیزر چشم یا تصحیح بینایی با لیزر (لیزیک) استفاده می‌شد، اما اکنون راه را برای دانشمندان باز کرده است تا قدرت لیزر را بیش از پیش افزایش دهند و آن را برای مصارف دیگر به کار گیرند.

آقای مورو در این باره گفت:

«ما از این پالس‌های بسیار شدید برای تولید شتاب‌دهنده‌های ذرات فشرده‌تر و ارزان‌تر استفاده خواهیم کرد تا سلول‌های سرطانی را از بین ببریم. سایر کاربردهای احتمالی این فناوری شامل تصفیه زباله‌های هسته‌ای با کاهش مدت زمان رادیواکتیویته آن یا پاکسازی زباله‌های انباشته شده در فضا است.»»

وی اضافه کرد: «همانطور که قرن گذشته قرن الکترون بود، قرن بیست و یکم قرن لیزر خواهد بود.»

مقیاس عملیات انجام‌گرفته در مرکز تحقیقات بخارست سرگیجه‌آور است. سیستم ساخته‌شده در این مرکز قادر است ذره را برای مدت زمان بسیار کوتاه یعنی یک فمتوثانیه (یک میلیونیم یک میلیاردم ثانیه) به توان ۱۰ پتاوات (۱۰ به توان ۱۵ وات) برساند.

فرانک لیبریچ، مدیر عامل پروژه لیزری تالس، گفت «۴۵۰ تن تجهیزات» با دقت نصب شده تا «سطح عملکرد استثنایی» به دست آید.

این مرکز تحقیقاتی با فناوری پیشرفته ۳۲۰ میلیون یورو در سال هزینه دارد که عمدتاً توسط اتحادیه اروپا تأمین مالی می‌شود. شرکت تالس آن را «بزرگترین سرمایه‌گذاری در تحقیقات علمی در رومانی» دانسته است.

این در شرایطی است که همزمان کشورهایی از جمله فرانسه، چین و ایالات متحده در حال پیشبرد پروژه‌های خود برای تولید لیزرهای قدرتمندتر هستند.

پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، به نقل از سایت ScienceDaily، پژوهشگران موسسه فناوری توکیو ژاپن یک تکنیک پردازش لیزری فرابنفش جهت ساخت ریزساختارهای پیچیده ابداع کرده اند که مسیر ساخت ربات‌های بیومتریک را هموار می‌سازد.

ربات‌های بیومتریک که حرکات و کارکردهای بیولوژیک ارگانیسم‌های زنده را تقلید می‌کنند، یکی از حوزه‌های جالب تحقیقات هستند که نه تنها می توانند به ربات‌های کارآمدتر منجر شوند بلکه همچنین به عنوان پلتفرمی برای شناخت بیولوژی عضلات عمل کنند.

پردازش لیزر فرابنفش

پردازش لیزر فرابنفش یک تکنیک امیدوارکننده برای توسعه ریزساختارهای پیچیده است. آن امکان تراز پیچیده سلول‌های عضلانی را فراهم می‌کند که برای ساخت محرک‌های بیوهیبریدی مانند حیات لازم است. در مقایسه با روش‌های پیچیده سنتی، این تکنیک نوآورانه ساخت آسان و سریع ریزساختارها را با الگوهای پیچیده برای دستیابی به آرایش سلول‌های عضلانی مختلف امکان‌پذیر می‌سازد. آن همچنین راه را برای محرک‌های بیوهیبرید که قادر به انجام حرکات پیچیده و انعطاف‌پذیر هستند هموار می‌کند.

از میان اینها، فعال کننده‌های بیوهیبرید (biohybrid actuators) ساخته شده از مواد نرم و سلول‌های عضلانی می توانند نیروی عضلات واقعی را تقلید کنند و پتانسیل رسیدن به حرکات و کارکردهای واقعی زندگی از جمله خود- ترمیمی را دارند. این ربات ها همچنین پتانسیل رسیدن به نسبت بالای نیرو به وزن را دارند که برای ربات‌های حجیم سنتی دشوار بوده است.

یکی از راه های رسیدن به این حرکات شبیه به حرکات واقعی زندگی، هماهنگ کردن و مرتب کردن سلول های عضلات در فعال کننده‌های بیوهیبرید به شکل دگر سوپذیر است.

ساخت ریزشیارهای منحنی بر روی پلی‌ایمید

این تکنیک جدید شامل ساختن ریزشیارهای منحنی بر روی پلی‌ایمید (polyimide) از طریق پردازش لیزر فرابنفش است که سپس بر روی یک فیلم نازک ساخته شده از SBS‌ رونویسی می‌شوند.

محققان از این روش برای ساختن دو فعال کننده بیوهیبرید مختلف استفاده کردند و با تحریک الکتریکی هر دو فعال کننده از طریق یک حرکت شبیه به پیچ خوردن تغییر شکل دادند.

این مطالعه بطور کلی پتانسیل پردازش لیزر فرابنفش برای ساخت الگوهای بافت عضلانی دگرسوپذیر را به اثبات می‌کند و راه را برای ساختن فعال کننده های بیوهیبرید شبیه به زندگی واقعی قادر به انجام حرکات پیچیده و منعطف هموار می سازد.

پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، به نقل از نیو اطلس، موچین نوری سامانه‌ای برای به دام اندازی اتم های منفرد است که می‌توانند راه را برای دستگاه‌های کوانتومی قدرتمند هموار کنند. اکنون محققان طرحی ساده‌تر و کوچک‌تر برای “موچین‌های نوری” ابداع کرده‌اند که از عدسی‌های فراسطحی با میلیون‌ها ستون کوچک استفاده می‌کند. با توجه به اندازه کوچک آنها، دیدن و دستکاری اتم‌های منفرد بسیار دشوار است. اما یافتن راه‌هایی برای انجام این کار بسیار مفید خواهد بود.

اختراع لیزر در دهه ۱۹۶۰ در نهایت منجر به این یافته شد. که فشار تابش نور می‌تواند برای به دام انداختن ذرات، اتم‌ها و حتی باکتری‌های زنده مهار شود.

“موچین نوری” در دهه ۱۹۸۰ متولد شدند و سازندگان آنها جایزه نوبل فیزیک را در سال ۲۰۱۸ به خانه بردند.

به همان اندازه که این ابزارهای ساخته شده از نور، قدرتمند بوده‌اند. به عدسی‌های نسبتاً بزرگی در مقیاس سانتی‌متری نیاز دارند و با استفاده از سیستم‌های میکروسکوپی مجزا از اتم‌ها تصویربرداری می‌کنند. اما این سیستم‌ها نمی‌توانند در خلاء که اتم‌ها در آن نگه داشته شده و به دام افتاده‌اند، کار کنند.

اکنون دانشمندان موسسه ملی استاندارد و فناوری(NIST) و موسسه “جیلا”(JILA) برای مطالعه جدید خود، نوع جدیدی از موچین‌های نوری را توسعه داده‌اند که هر دو مشکل را حل می‌کند.

این طراحی جدید از یک مربع شیشه‌ای ۴ میلی‌متری(۰.۲ اینچی) استفاده می‌کند که با ستون‌های ریز سیلیکونی که هر کدام چند صد نانومتر ارتفاع دارند، حکاکی شده است. این یک فراسطح را تشکیل می‌دهد که دقیقاً نور لیزر ورودی را تنظیم می‌کند. و آن را روی ابری از اتم‌ها در خلاء متمرکز می‌کند و یکی را برای به دام انداختن جدا می‌کند.

روش کار سامانه موچین نوری

این سیستم به روشی بسیار هوشمندانه کار می‌کند. ابتدا نور لیزر به صورت یک موجِ مسطح ساطع می‌شود. به این معنی که به صورت یک سری صفحات مسطح حرکت می‌کند. هنگامی که این صفحات به فراسطح برخورد می‌کنند. نانوستون‌ها امواج نور را به موج‌هایی کوچک‌تر تبدیل می‌کنند که کمی با یکدیگر هماهنگ نیستند و در زمان‌های مختلف به اوج خود می‌رسند. این ساختار باعث می‌شود که موج‌های کوچک یا موجک‌ها با یکدیگر تداخل داشته باشند. و به طور موثر تمام انرژی خود را در یک نقطه بسیار ظریف متمرکز کنند و اتمی که در آن نقطه است را به دام می‌اندازند.

با برخورد امواج صافی که از زوایای مختلف به فراسطح می‌آیند، موجک‌ها را می‌توان بر روی نقاط مختلف متمرکز کرد. آن به موچین نوری اجازه می‌دهد تا چندین اتم منفرد را به ‌طور همزمان به دام بیندازد. برخلاف سیستم‌های موجود، این کار را می‌توان درست در داخل محفظه خلاء که اتم‌های هدف در آن نگهداری می‌شوند، انجام داد. و به هیچ قطعه متحرکی نیز نیاز ندارد.

آزمایشات تیم تحقیقاتی موچین نوری

این تیم تحقیقاتی در آزمایشات خود با به دام انداختن ۹ اتم روبیدیم به طور جداگانه و نگه داشتن روی هر یک برای حدود ۱۰ ثانیه، کارایی فراسطح را نشان دادند. محققان اتم‌های به دام افتاده را با ضربه زدن به آنها با منبع نور جداگانه‌ای که آنها را درخشان می‌کرد، ردیابی کردند. و این مزیت دیگر سیستم جدید آنها را نشان داد. این مزیت که فراسطح می‌تواند اساساً به صورت معکوس نیز کار کند و فلورسانس ساطع شده از اتم‌ها را جمع آوری کند و آن را به یک دوربین خارجی برای تصویربرداری از اتم‌ها هدایت کند.

محققان می‌گویند که این سیستم جدید می‌تواند با میدان دید بزرگ‌تر یا چند فراسطح که به صورت هماهنگ کار می‌کنند، بزرگ‌تر شود و به آنها اجازه می‌دهد صدها اتم را به طور بالقوه جذب و دستکاری کنند.

این کار می‌تواند اساس حافظه رایانه کوانتومی را تشکیل دهد، جایی که داده‌ها در حالت‌های کوانتومی هر اتم پردازش و ذخیره می‌شوند.

این مطالعه در مجله PRX Quantum منتشر شده است.

پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، به نقل از دیلی‌میل، شرکت تسلیحات‌سازی ریتون (Raytheon) انگلستان مدعی شده که در سال آینده، یک مرکز یکپارچه‌سازی لیزری پیشرفته در لیوینگستون (Livingston) افتتاح خواهد نمود. این مرکز جدید اروپایی بر روی آزمون، تست میدانی و نگهداری از سلاح لیزری با انرژی بالا (HEL) تمرکز خواهد کرد.

این تسلیحات به گونه‌ای طراحی خواهند شد که هواپیماهای بدون سرنشین، موشک‌ها، توپخانه‌ها و خمپاره‌ها را تنها با یک پرتو نور بسیار متمرکز از بین ببرند.

خبر عقد قرارداد شرکت ریتون برای ساخت یک سیستم تسلیحاتی لیزری برای وزارت دفاع بریتانیا (MoD) در سپتامبر سال گذشته (۲۰۲۱) اعلام شد. این سیستم قرار است بر روی یک وسیله نقلیه زمینی به نام Wolfhound نصب شود که یک کامیون زرهی سنگین شش چرخ است که توسط ارتش بریتانیا مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مایکل هافل (Michael Hofle)، مدیر ارشد لیزرهای انرژی بالا در شرکت ریتون می‌گوید:

همه ما دیده‌ایم که پهپادها، موشک‌ها، توپخانه و خمپاره‌ها یک تهدید جدی هستند و تقاضا برای لیزرهای مقرون‌به‌صرفه برای شکست آن‌ها در حال افزایش است. ایجاد یک تاسیسات یکپارچه‌سازی پیشرفته در بریتانیا، نشان‌دهنده بلوغ فناوری ما و تعهد به ارائه سیستم‌های لیزری است که برای دفاع از آسمان به آنها نیاز داریم.

کارشناسان پیش‌بینی کرده‌اند که لیزرهای پرانرژی می‌توانند تا ۳۰ درصد از زیرساخت‌های دفاع هوایی را در آینده تشکیل دهند.

دولت اعلام کرد که ۶.۶ میلیارد پوند بودجه دفاعی را طی چهار سال آینده برای تحقیق و توسعه تسلیحات جدید مانند موشک‌های مافوق صوت و سلاح‌های لیزری اختصاص خواهد داد.

جان گالاگر (John Gallagher)، مدیر عامل تسلیحات و حسگرها در ریتون بریتانیا، می‌گوید:

ایجاد یک مرکز یکپارچه‌سازی لیزری در بریتانیا گام مهمی برای ارائه فناوری دفاعی پیشرفته است. این مرکز به موقعیت بریتانیا به عنوان یک کشور پیشرو در انرژی هدایت‌شده کمک می‌کند و تضمین می‌کند که این فناوری از آزمایشگاه به میدان آمده و عملیاتی شود.

ارتش بریتانیا در بهار سال ۲۰۲۳ یک سیستم تسلیحاتی لیزری را برای انجام آزمایشی شش ماهه دریافت خواهند کرد.

سیستم دفاعی لیزری قادر خواهد بود پهپادهای بدون سرنشین و متخاصم را با مهمات نامحدود و بدون هزینه که تنها یک پرتو لیزر ۱۵ کیلوواتی است، منهدم کند. این سیستم از یک حسگر الکترواپتیکال/مادون قرمز برای شناسایی پهپادهای دشمن از فاصله ۶ مایلی (۹.۶ کیلومتری) با دید ۳۶۰ درجه استفاده خواهد کرد. هنگامی که یک هدف تهدیدآمیز شناسایی شود، اپراتور لیزر قادر خواهد بود پرتو را به سمت هدف شلیک کرده و آن را بین دو تا ۱۲ ثانیه از بین ببرد. آن را می‌توان بر روی وسایل نقلیه نصب کرد یا در یک موقعیت ثابت قرار داد.

توبی مارشال (Toby Marshall)، مدیر شرکت ریتون می‌گوید:

تفاوت عمده‌ای در هزینه‌ها و میزان پولی که باید برای دفاع از خود در برابر تهدیدات نسبتاً ارزان هزینه کنیم، وجود دارد.

پرتاب ۳۰ تا ۴۰ پهپاد با هزینه یک موشک دفاعی برای دشمن آسان است؛ اما با داشتن یک لیزر پرانرژی بسیار دقیق یا سیستم انرژی هدایت شده، که در آن هزینه هر شلیک به طور قابل توجهی کمتر است، می‌توانید انبوهی از این تهدیدات را خنثی کنید. در حالی که لیزر از خارج از کشور وارد می‌شود، اما بسیاری از قابلیت‌های نمایشگر، از جمله سیستم فرماندهی و کنترل، ردیاب رادار خارجی و آنتن جی‌پی‌اس (GPS) در بریتانیا توسعه خواهد یافت.

الکس رز-پارفیت (Alex Rose-Parfitt)، مدیر مهندسی ریتون می‌گوید:

لیزرهای پرانرژی از آزمایشگاه به سوی میدان‌های جنگ در حال حرکت هستند. با وزارت دفاع بریتانیا برای تسریع توسعه این فناوری و در دسترس قرار دادن هرچه زودتر آن در حال همکاری هستیم. تا سال ۲۰۲۵، کشور را در خط مقدم این فناوری نوظهور قرار خواهیم داد و نیروهای مسلح بریتانیا را با بهترین راه حل‌های مقرون به صرفه مجهز خواهیم کرد.

پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، به گزارش ایسنا و به نقل از اسپیس، گروهی از فیزیکدانان یکی از برترین ساعت‌های اتمی دارای بالاترین عملکرد را که تاکنون ساخته شده است، ساخته‌اند.

گفته می‌شود که این ابزار، زمان را آن‌قدر دقیق اندازه‌گیری می‌کند که هر ۳۰۰ میلیارد سال فقط یک ثانیه از دست می‌دهد. و امکان اندازه‌گیری دقیق‌تر امواج گرانشی، ماده تاریک و دیگر پدیده‌های فیزیک را فراهم می‌کند.

“شیمون کلکوویتز” استاد فیزیک دانشگاه “ویسکانسین-مدیسون” و نویسنده ارشد این مطالعه گفت:

ساعت‌های شبکه نوری در حال حاضر بهترین ساعت‌های جهان هستند. در اینجا ما به سطحی از عملکرد دست یافته‌ایم که قبلاً هیچ‌کس نتوانسته است. ما در حال کار برای بهبود عملکرد آن و توسعه برنامه‌های کاربردی نوظهور هستیم که با این عملکرد بهبودیافته ممکن می‌شوند.

به طور کلی، ساعت‌های اتمی ساعت‌هایی هستند که تشدید فرکانس‌های اتمی، معمولاً اتم‌های سزیم یا روبیدیم را دنبال می‌کنند. این فرآیند به چنین ساعت‌هایی اجازه می‌دهد تا زمان را با دقت بالایی اندازه‌گیری کنند.

ساعت‌های اتمی با ردیابی سطوح انرژی الکترون‌ها کار می‌کنند.

محققان می‌گویند: زمانی که یک الکترون سطوح انرژی را تغییر می‌دهد، نور را با فرکانسی که برای همه اتم‌های یک عنصر خاص یکسان است، جذب یا ساطع می‌کند. ساعت‌های اتمی نوری با استفاده از لیزری که دقیقاً مطابق با این فرکانس تنظیم شده است. زمان را محاسبه می‌کنند و برای نگه‌داشتن زمان دقیق به پیچیده‌ترین لیزرهای جهان نیاز دارند.

این مطالعه جدید یک ساعت چندگانه ایجاد کرد که اتم‌های استرانسیوم را در یک محفظه خلاء جدا و به خط می‌کرد. این تیم از یک لیزر ویژه استفاده کرد که همانطور که “کولکوویتز” می‌گوید، توانسته است به رکورد جهانی در اندازه‌گیری زمان برسد.

این گروه تلاش کرد تا تفاوت‌های بین ساعت‌ها را دقیقاً اندازه‌گیری کند. زیرا دو گروه از اتم‌ها در محیط‌های کمی متفاوت به دلیل تغییر در میدان‌های مغناطیسی یا گرانش با سرعت‌های متفاوتی حرکت می‌کنند. محققان این آزمایش را بیش از ۱۰۰۰ بار برای اندازه‌گیری این تفاوت انجام دادند و در طول زمان به دقت بیشتری در اندازه‌گیری رسیدند.

در نهایت، محققان به یک ساعت اتمی رسیدند که تنها یک ثانیه در هر ۳۰۰ میلیارد سال از دست می‌دهد.

“کولکوویتز” می‌گوید:

نکته شگفت‌انگیز این است که ما عملکردی مشابه با ساعت‌های مشابه نشان دادیم. در حالی که از لیزری با قدر کمتر استفاده کردیم و این واقعاً برای بسیاری از برنامه‌های کاربردی در دنیای واقعی بسیار مهم است.

این مطالعه در مجله Nature منتشر شده است.

پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، تحقیقات جدید دانشگاه آلتو پیرامون نانولیزر ها نشان می دهد که می توان از میدان مغناطیسی برای روشن و خاموش کردن آنها استفاده کرد. فیزیک زیربنای این کشف راه را برای توسعه سیگنال‌های نوری که نمی‌توانند توسط اختلالات خارجی مختل شوند. هموار می‌کند و منجر به استحکام بی‌سابقه‌ای در پردازش سیگنال می‌شوند.

لیزرها نور را در پرتوهای بسیار روشن متمرکز می‌کنند. که در حوزه‌های مختلف مانند ارتباطات پهن باند و دستگاه‌های تشخیص پزشکی مفید هستند. حدود ده سال پیش، لیزرهای بسیار کوچک و سریعی به نام نانولیزر پلاسمونیک ساخته شد. این نانولیزر ها به طور بالقوه نسبت به لیزرهای سنتی دارای قدرت کارآمدتری هستند، و در بسیاری از زمینه ها از مزیت زیادی برخوردار بوده اند- برای مثال، نانولیزر ها حساسیت بیوسنسورهای مورد استفاده در تشخیص پزشکی را افزایش داده اند.

تا کنون، روشن و خاموش کردن نانولیزرها مستلزم دستکاری مستقیم آنها، چه به صورت مکانیکی یا با استفاده از گرما یا نور بوده است. اکنون محققان راهی برای کنترل از راه دور نانولیزرها یافته اند.

پروفسور سباستین ون دایکن از دانشگاه آلتو می گوید:

«تازه در اینجا این است که ما قادریم سیگنال لیزر را با یک میدان مغناطیسی خارجی کنترل کنیم. با تغییر میدان مغناطیسی اطراف نانوساختارهای مغناطیسی خود، می توانیم لیزر را روشن و خاموش کنیم.»

این تیم با ساخت نانولیزر های پلاسمونیک از موادی متفاوت از مواد معمول این کار را انجام دادند. آنها به جای فلزات نجیب معمولی مانند طلا یا نقره، از نانو نقطه های مغناطیسی کبالت پلاتین که بر روی لایه ای پیوسته از طلا و دی اکسید سیلیکون عایق طرح ریزی شده بود، استفاده کردند. تجزیه و تحلیل آنها نشان داد که هم مواد و هم آرایش نانو نقطه ها در آرایه های تناوبی برای اثر مورد نیاز است.

فوتونیک به سمت پردازش سیگنال بسیار قوی پیش می رود

مکانیسم کنترل جدید ممکن است در طیف وسیعی از دستگاه‌هایی که از سیگنال‌های نوری استفاده می‌کنند مفید باشد. اما پیامدهای آن برای حوزه نوظهور فوتونیک توپولوژیکی هیجان‌انگیزتر است. هدف فوتونیک توپولوژیکی تولید سیگنال‌های نوری است که توسط اختلالات خارجی مختل نمی‌شوند. این با ارائه پردازش سیگنال بسیار قوی در بسیاری از حوزه ها کاربرد دارد.

ون دایکن توضیح می‌دهد:

«ایده ما این است که شما می‌توانید حالت‌های نوری خاصی ایجاد کنید که توپولوژیکی هستند. و دارای ویژگی‌های خاصی هستند. که به آنها اجازه می‌دهد در برابر هر گونه اختلالی منتقل شوند و از آنها محافظت شود.»

این بدان معناست که اگر نقصی در دستگاه وجود داشته باشد. یا به دلیل ناهمواری مواد، نور می تواند بدون ایجاد مزاحمت از آنها عبور کند. زیرا از نظر توپولوژیکی محافظت می شود.

تا کنون، ایجاد سیگنال های نوری محافظت شده از نظر توپولوژیکی با استفاده از مواد مغناطیسی به میدان های مغناطیسی قوی نیاز داشته است. تحقیقات جدید نشان می‌دهد که اثر مغناطیس در این زمینه می‌تواند به طور غیرمنتظره‌ای با استفاده از یک آرایه نانوذراتی با یک تقارن خاص تقویت شود. محققان بر این باورند که یافته‌های آنها می‌تواند راه را برای سیگنال‌های جدید، در مقیاس نانو و از نظر توپولوژیکی محافظت شده نشان دهد.

“به طور معمول، مواد مغناطیسی می توانند تغییر بسیار جزئی در جذب و قطبش نور ایجاد کنند. در این آزمایش‌ها، ما تغییرات بسیار قابل توجهی در پاسخ نوری (تا ۲۰ درصد) ایجاد کردیم.

ون دایکن می‌گوید چنین چیزی قبلاً دیده نشده بود.

پروفسور آکادمی Päivi Törmä اضافه می کند که:

“این نتایج پتانسیل زیادی برای تحقق ساختارهای فوتونیک توپولوژیکی دارند که در آن اثرات مغناطیسی با انتخاب مناسب هندسه آرایه نانوذرات تقویت می شود.”

این یافته‌ها نتیجه همکاری طولانی‌مدت بین گروه نانومغناطیس و اسپینترونیک به رهبری پروفسور ون دایکن و گروه دینامیک کوانتومی به رهبری پروفسور تورما، هر دو در گروه فیزیک کاربردی دانشگاه آلتو است.

مرجع: DOI: 10.1038/s41566-021-00922-8

پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، به گزارش ایسنا و به نقل از فیز، دوربین‌هایی که در اندازه میکرو ساخته شده‌اند. میکرو دوربین ها این قابلیت را دارند که مشکلات را در بدن انسان شناسایی کنند. آن به ربات‌های فوق‌العاده کوچک امکان بدهند تا توانایی حس کردن داشته باشند. اما روش‌های پیشین، تصاویر مبهمی با میدان دید محدود ثبت کرده‌اند.

پژوهشگران “دانشگاه پرینستون”(Princeton University) و “دانشگاه واشنگتن”(University of Washington) در پروژه مشترکی، با ابداع یک دوربین فوق‌العاده پیچیده به اندازه یک دانه درشت نمک، بر این چالش غلبه کرده‌اند. آنها در پژوهش خود نشان داده‌اند که این سیستم جدید می‌تواند تصاویری واضح و تمام رنگی را تولید کند.

این سیستم با طراحی پردازش محاسباتی و سخت افزار دوربین می‌تواند آندوسکوپی غیرتهاجمی با ربات‌های پزشکی را برای تشخیص و درمان بیماری‌ها امکان‌پذیر سازد و تصویربرداری را برای سایر ربات‌هایی که محدودیت اندازه و وزن دارند، بهبود ببخشد. مجموعه‌های متشکل از هزاران دوربین مشابه این نمونه می‌توانند برای سنجش تمام صحنه استفاده شوند و سطوح را به دوربین تبدیل کنند.

در حالی که یک دوربین سنتی، مجموعه‌ای از لنزهای خمیده شیشه‌ای یا پلاستیکی را برای خم کردن پرتوهای نور در فوکوس به کار می‌برد. این سیستم نوری جدید به فناوری موسوم به “فراسطح”(Metasurface) متکی است که می‌توان آن را شبیه به یک تراشه رایانه‌ای تولید کرد. عرض فراسطح، تنها نیم میلی‌متر است و ۱/۶ میلیون ساختار استوانه‌ای به شکل میله دارد. که هر کدام تقریبا به اندازه ویروس “HIV” هستند.

هر میله، دارای یک هندسه منحصر به فرد است.

آن مانند یک آنتن نوری عمل می‌کند. تغییر طراحی هر میله برای شکل دادن درست کل جبهه موج نوری، ضروری است. با کمک الگوریتم‌های مبتنی بر یادگیری ماشینی، تعامل میله‌ها با نور ممکن می‌شود تا تصاویری را با بالاترین کیفیت و وسیع‌ترین میدان دید برای یک دوربین تمام‌رنگی فراسطحی تولید کند.

یک نوآوری کلیدی در ایجاد دوربین، طراحی یکپارچه الگوریتم‌های پردازش سیگنال و سطح نور بود که تصویر را تولید می‌کنند. “فلیکس هاید”(Felix Heide)، استادیار علوم رایانه‌ای دانشگاه پرینستون و پژوهشگر ارشد این پروژه گفت:

این کار، دوربین را در شرایط نور طبیعی تقویت کرد. برخلاف دوربین‌های فراسطحی پیشین که به پرتو لیزر آزمایشگاه یا سایر شرایط ایده‌آل برای تولید تصاویر با کیفیت بالا نیاز داشتند.

پژوهشگران، تصاویر تولیدشده با سیستم خود را با نتایج به دست آمده از دوربین‌های فراسطحی پیشین مقایسه کردند. تصاویر ثبت‌شده با نانودوربین‌ها به جز کمی تاری در لبه‌های قاب، قابل مقایسه با تصاویر لنزهای سنتی بودند که حجم آنها بیش از ۵۰۰ هزار برابر است.

سایر لنزهای فوق‌العاده فشرده فراسطحی، مشکلاتی از جمله اعوجاج‌های عمده تصویر، میدان دید کوچک و توانایی محدود در گرفتن طیف کامل نور مرئی را شامل می‌شوند.

“ایتن تسنگ”(Ethan Tseng)، دانشجوی مقطع دکتری علوم رایانه‌ای دانشگاه پرینستون و از سرپرست‌های این پروژه گفت: طراحی و پیکربندی این ریزساختارهای کوچک برای انجام آن چه که می‌خواهید، یک چالش است. این کار برای این وظیفه ویژه یعنی ثبت تصاویر با میدان دید بزرگ، چالش‌برانگیز است. زیرا میلیون‌ها ریزساختار کوچک وجود دارد و مشخص نیست که چگونه می‌توان آنها را با روش بهتری طراحی کرد.

ابداع شبیه‌ساز محاسباتی

“شین کولبرن”(Shane Colburn)، از پژوهشگران این پروژه، با ابداع یک شبیه‌ساز محاسباتی برای آزمایش خودکار پیکربندی‌های گوناگون نانو آنتن، با این چالش مقابله کرد.

به گفته کولبرن، این نوع شبیه‌سازی به دلیل تعداد آنتن‌ها و پیچیدگی تعامل آنها با نور می‌تواند از حافظه و زمان قابل توجهی استفاده کند. او مدلی را برای بررسی کارآمد قابلیت‌های تولید تصویر فراسطحی با دقت کافی ایجاد کرد.

“جیمز وایتهد”(James Whitehead)، دانشجوی مقطع دکتری دانشگاه واشنگتن و از پژوهشگران این پروژه، سطوح فراسطحی را ساخت که مبتنی بر نیترید سیلیسیم بودند. نیترید سیلیسیم، ماده‌ای شیشه مانند است که با روش‌های استاندارد نیمه‌رسانا که برای تولید تراشه‌های رایانه‌ای استفاده می‌شود، سازگاری دارد. این بدان معناست که یک طرح فراسطحی معین را می‌توان به سادگی و با هزینه‌ای کمتر از هزینه تولید لنز دوربین‌های معمولی، به صورت انبوه تولید کرد.

قابلیت‌های محاسباتی

هاید و همکارانش اکنون در تلاش هستند تا قابلیت‌های محاسباتی بیشتری را به دوربین اضافه کنند. آنها مایل هستند تا فراتر از بهینه‌سازی کیفیت تصویر، قابلیت‌ تشخیص دادن اشیا و روش‌های سنجش مربوط به پزشکی و علوم رباتیک را به این فناوری اضافه کنند.

همچنین هاید، استفاده از دوربین‌های فوق فشرده را برای ابداع سطوح به عنوان حسگر در نظر گرفته است. وی افزود: ما می‌توانیم سطوح را به دوربین‌هایی تبدیل کنیم که وضوح فوق‌العاده بالایی دارند. با کمک این فناوری، دیگر به سه دوربین در پشت تلفن همراه خود نیاز نخواهید داشت، بلکه همه قسمت پشت تلفن همراه شما به یک دوربین بزرگ تبدیل می‌شود. ما می‌توانیم به روش‌های کاملا متفاوتی برای ساخت این دستگاه‌ها در آینده فکر کنیم.

این پژوهش، در مجله “Nature Communications” به چاپ رسید.

پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، به گزارش خبرگزاری علم و فناوری، پنجره‌هایی را تصور کنید که به‌راحتی می‌توانند به آینه تبدیل شوند. یا رایانه‌هایی با سرعت فوق‌العاده که نه با الکترون و انرژی برق، بلکه با فوتون‌های نور کار می‌کنند. این موارد تنها برخی از کاربردهای بالقوه‌ای از مهندسی نوری (روش استفاده از لیزر برای تغییر سریع و موقت خواص مواد) است. که می‌توان برای تجهیزات مدرن متصور شد.

تغییر خواص الکترونیکی مواد

دیوید هسیه، پروفسور فیزیک مؤسسه فناوری کالیفرنیا (Caltech) و سرپرست تیم تحقیقاتی این پروژه درباره این تکنولوژی گفت:

این ابزارها می‌توانند به شما این امکان را بدهند تا خواص الکترونیکی مواد را با یک حرکت کلید نور تغییر دهید. اما فناوری‌ها به دلیل ایجاد گرمای بیش از حد لیزر در مواد، محدود شده و این موضوع چالش بزرگ ما است.

جونی شان از دیگر پژوهشگران این تحقیقات تاکید کرد:

لیزرهای موردنیاز برای این آزمایش‌ها بسیار قدرتمند هستند. بنابراین گرم نشدن و آسیب نرساندن به مواد سخت است. ازیک‌طرف، ما می‌خواهیم که این ماده در معرض نور لیزر بسیار قوی قرار گیرد. از سوی دیگر، ما اصلاً نمی‌خواهیم که ماده هیچ یک از آن نور را جذب کند.

در حقیقت دانشمندان توانستند یک نقطه شیرین یا (sweet spot) برای دورزدن این موضوع پیدا کردند. جایی که فرکانس لیزر به‌گونه‌ای تنظیم می‌شود. تا به طور قابل‌توجهی خواص مواد را بدون ایجاد گرمای ناخواسته تغییر دهد.

تری سولفید فسفر منگنز

پژوهشگران همچنین یک ماده ایده‌آل برای نشان‌دادن این روش پیدا کرده‌اند. این ماده، نیمه‌هادی به نام تری سولفید فسفر منگنز، به طور طبیعی تنها مقدار کمی نور را در طیف وسیعی از فرکانس‌های مادون‌قرمز جذب می‌کند. آن‌ها آزمایش‌های خود از پالس‌های لیزر مادون‌قرمز شدید که هرکدام حدود ۱۰ تا ۱۳ ثانیه طول می‌کشید. استفاده کردند تا انرژی الکترون‌های درون ماده را به‌سرعت تغییر دهند. در نتیجه، ماده از حالت بسیار مات به حالت بسیار شفاف برای رنگ‌های خاصی از نور تغییر می‌کند.

مهندسی نوری منسجم

همچنین دانشمندان دریافتند که این فرایند قابل برگشت است. هنگامی که لیزر خاموش می‌شود. مواد فوراً بدون آسیب به حالت اولیه خود بازمی‌گردند. اگر مواد نور لیزر را جذب کرده و گرم شده باشند. این امکان‌پذیر نخواهد بود زیرا زمان زیادی طول می‌کشد تا مواد گرما را دفع کنند. تغییر مهندسی شده بدون حرارت مورد استفاده در فرایند جدید به‌عنوان “مهندسی نوری منسجم” شناخته می‌شود.

پژوهشگران تأکید کردند که این روش موفقیت‌آمیز است. زیرا نور تفاوت بین سطوح انرژی الکترون‌ها (شکاف نواری) را بدون اینکه خود الکترون‌ها را به سطوح مختلف انرژی وارد کند. در نیمه‌هادی‌ها تغییر داده و مانع تولید گرمای بیش از حد استاندارد مقرر خواهد شد.

پروفسور هسیه در این مورد توضیح داد:

انگار شما یک قایق دارید و سپس یک موج بزرگ از راه می‌آید و به‌شدت قایق را بالا و پایین می‌کند. بدون اینکه باعث شود هیچ یک از مسافران به زمین بیفتند. لیزر ما به‌شدت سطوح انرژی مواد را تکان می‌دهد. و این باعث تغییر خواص مواد می‌شود. اما الکترون‌ها در جای خود باقی می‌مانند.

محققان پیش‌تر نحوه عملکرد این روش را تئوری کرده‌اند. به‌عنوان‌مثال، در دهه ۱۹۶۰، جان شرلی، ایده‌های ریاضی را در مورد چگونگی حل سطوح انرژی الکترون در یک ماده در حضور نور مطرح کرد. بر اساس این تئوری، تیم پژوهشی مؤسسه فناوری کالیفرنیا برای محاسبه اثرات مورد انتظار نور لیزر در تری سولفید فسفر منگنز از یافته‌های گذشته دانشمندان بهره بردند. آن‌ها اعلام کردند که این آزمایش‌ها، تئوری‌های مطرح شده را بادقت قابل‌توجهی اثبات کرد.

استفاده از نور برای ایجاد خواص مصنوعی مواد

این یافته‌ها به این معنی است که اکنون دیگر دانشمندان می‌توانند به طور بالقوه از نور برای ایجاد خواص مصنوعی موادی مانند آهن‌رباهای کوانتومی بسیار پیشرفته استفاده کنند. که در غیر این صورت ایجاد طبیعی آن دشوار یا حتی غیرممکن بوده است.

در آخر باید ذکر کرد که این روش می‌تواند خواص نوری، مغناطیسی و بسیاری دیگر از مواد را تغییر دهد. این یک روش جایگزین برای انجام مطالعات جدید علم مواد است. به‌جای ساختن مواد جدید برای درک خواص مختلف، می‌توانیم فقط یک ماده را برداریم و در نهایت طیف وسیعی از خواص مفید را در آن ایجاد کنیم.

جزئیات بیش‌تر این پروژه تحقیقاتی به‌تازگی در مجله Nature به چاپ رسیده است.

]]> https://iranrasad.com/%d9%86%d8%a7%d9%88%d8%b4%da%a9%d9%86-%d8%a2%db%8c%d9%86%d8%af%d9%87-%d8%a2%d9%85%d8%b1%db%8c%da%a9%d8%a7-%d9%85%d8%ac%d9%87%d8%b2-%d8%a8%d9%87-%d8%b3%d9%84%d8%a7%d8%ad-%d9%84%db%8c%d8%b2%d8%b1%db%8c/ Mon, 17 Jan 2022 19:57:53 +0000 https://iranrasad.com/?p=14520 نیروی دریایی آمریکا تصور کلی ناوشکن آینده آمریکا مجهز به موشک های هایپرسونیک و سلاح لیزری را نشان داد.]]>

پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، اسپوتنیک به نقل از ” USNI News”، نیروی دریایی آمریکا تصور کلی ناوشکن آینده آمریکا مجهز به موشک های هایپرسونیک و سلاح لیزری را نشان داد.

پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، به گزارش خبرگزاری علم و فناوری؛ شرکت صنایع نوین اندیش سهند آرام یک شرکت دانش بنیان است. که فعالیت خود را از ابتدای سال ۱۳۸۶ در زمینه تولید انواع دستگاه های برش و حکاکی لیزری آغاز کرده است. این شرکت با اتکاء به پشتوانه علمی و تجربی متخصصان خود توانست در مدت زمان کوتاهی با ارائه محصولات با کیفیت و استاندارد روز جهان موجب جلب رضایت مشتریان خود شود. این شرکت در سال ۱۳۹۱ با هدف حضور در بازارهای جهانی و خودکفایی صنعت کشور پروژه تحقیق در زمینه تولید رزوناتورهای لیزر گاز کربنیک را آغاز کرد. و پس از موفقیت در تولید نمونه آزمایشی این محصول اقدام به احداث یکی از بزرگترین کارخانه های تولید تیوب لیزر سیلد گاز کربنیک در جهان کرد.

رستم نجاریان مدیر فروش بازاریابی مجموعه نوین اندیش گفت:

واحد تحقیقات شرکت صنایع نوین اندیش با توجه به نیاز روزافزون صنعت کشور به سیستم های پیشرفته تولیدی، همچنین محدودیت های موجود از نظر قیمت و واردات تکنولوژی های فوق الذکر. اقدام به اجرای پروژه های تحقيقاتی جهت توليد سيستم های برش ليزری با توان های متوسط و بالا و نیز دستگاه های حکاکی ليزری کرده است.

‌‌

وی با بیان اینکه محصولی که در شرکت تولید می‌شود یک محصول مصرفی در دستگاه لیزر است. که در کار حکاکی و برش محصولات غیر فلزات استفاده می‌شود. ادامه داد: دستگاه لیزر تیوپ در تمام تجهیزات بیمارستانی برای تصویربرداری لیزری و همچنین در حوزه صنعت و تولید اعم از دستگاه های برش، حکاکی روی فلز، چوب، چرم، لایه برداری پزشکی و حتی حوزه دفاعی نیز کاربرد دارد.

نجاریان اذعان داشت: شرکت صنایع نوین اندیش با بهره‌مندی از پیشرفته ترین تکنولوژی تولید، توانایی تولید سالانه بیش از ۴۰ هزار تیوب لیزر شیشه‌ای گاز کربنیک را دارا می‌باشد.

وی بیان کرد: استفاده از فناوری روز دنیا در تولید تیوب لیزر booyer علاوه بر افزایش طول عمر و کارآیی آن افزایش راندمان و طول عمر منبع تغذیه تیوب را ضمانت می‌کند. و با تمام دستگاه های صنعتی و پزشکی موجود در بازار که از تیوب لیزر سیلد گاز کربنیک استفاده می‌کنند کاملا سازگار است.

نجاریان تصریح کرد: ما به پشتوانه‌ی فنی و علمی متخصصان خود خدمات پس از فروش و گارانتی منحصر به فردی را برای تیوب لیزر booyer فراهم کرده‌ایم. و با هدف حمایت از مصرف کنندگان داخلی با مناسب ترین قیمت در قیاس با تیوب های چینی در بازار عرضه می‌کنیم.

وی با اشاره به مزیت دستگاه لیزر تیوب، تصریح کرد: مزیت اصلی این محصول، های‌تکنیک قیمت رقابتی آن است.

نجاریان اذعان داشت: زمان تولید تا تحویل تیوب های لیزر بسیار مهم است. چون زمانی که از عمر آنها بگذرد، توان آنها کاهش پیدا می‌کند. حتی اگر بر روی دستگاه هم قرار نگیرد. لذا زمان تولید تا تحویل به مشتری در این شرکت بسیار کوتاه است.

وی با اشاره به خدماتشان گفت: شرکت ما چون تولیدکننده است خدمات خوبی مثل ۸ ماه گارانتی تعمیر و ۱۵ روز گارانتی تعویض ارائه می‌دهد.

نجاریان بیان کرد: این محصول در گذشته وارد می‌شد. اما اکنون ما توانستیم با اختراع و ثبت آن در سال ۱۳۹۹ و با صادرات آن به کشورهای ترکیه، ارمنستان، آذربایجان، عراق و اردن ارزآوری زیادی برای کشور داشته باشیم.

گفتنی است چشم انداز این شرکت که در پارک علم و فناوری استان آذربایجان شرقی مستقر است. به عنوان مجموعه‌ای دانش بنیان، تبدیل شدن به قطب صنعت لیزر پر افتخار در بازارهای جهانی و سربلندی و سرافزازی نام کشور عزیزمان، ایران می‌باشد.

ویژگی انواع تیوب های لیزری:

سری TP؛
خنک کاری هر دو سیستم اپتیک
دارای کاتالیزور دو مرحله ای
سیستم فلزی پنجره خروجی
کیفیت نور بسیار عالی

سری GP؛
خنک کاری هر دو سیستم اپتیک
دارای کاتالیزور تک مرحله ای
کیفیت نور بسیار خوب
طراحی نشت گاز

سری MS؛
قطعات اپتیکی ساخت شرکت امریکا
طراحی کاملا فلزی دو سر تیوپ
شیشه رزوناتور ساخت شرکت آلمان
تکنولوژی جدید لایه نشانی کاتالیزور