Minyatür optik sistemlerin tasarımı, gelecekte virüsleri ve daha fazlasını algılayabilen cep telefonlarına yol açabilir.
Gelecekte bir gün cep telefonlarının virüsleri ve diğer küçük nesneleri algılayabilen sensörlere dönüşebilmesi için yapılan çalışmalarda, M.I.T. araştırmacıları çip üzerinde güçlü bir nano ölçekli el feneri oluşturdular.
Bir çip üzerindeki küçük ışık huzmesini tasarlama yaklaşımları, farklı uygulamalar için farklı huzme özelliklerine sahip çeşitli başka nano el fenerleri oluşturmak için de kullanılabilir. Tek bir noktaya odaklanmış bir ışık huzmesine karşı geniş bir spot ışığı düşünün…
Onlarca yıldır bilim adamları, ışığın çeşitli malzemeler ile nasıl etkileşime girdiğini gözlemleyerek bir malzemeyi tanımlamak için ışığı kullandılar. Bunu esasen malzeme üzerine bir ışık huzmesi parlatarak ve ardından bu ışığı malzeme içinden geçtikten sonra analiz ederek yaparlar.
Tüm materyaller ışıkla farklı şekilde etkileştiğinden, materyalden geçen ışığın analizi o materyal için bir tür “parmak izi” sağlar. Bunu birkaç renk için, yani ışığın birkaç dalga boyu için yaptığınızı ve her bir renk için ışığın malzeme ile etkileşimini yakaladığınızı hayal edin. Bu, daha da ayrıntılı bir parmak izine yol açacaktır.
Bunu yapmak için spektrometreler olarak bilinen aletler nispeten büyüktür. Onları çok daha küçük yapmanın bir takım avantajları olacaktır. Örneğin, taşınabilir olabilirler ve ek uygulamalara sahip olabilirler.
Bununla birlikte, araştırmacılar belirli bir malzemeden geçen ışığı algılamak ve analiz etmek için sensörü minyatürleştirmeye yönelik büyük adımlar atmış olsa da, minyatürleştirilmiş ve uygun şekilde şekillendirilmiş bir ışın veya el feneri bir zorluk olmaya devam ediyor. Bugün bu ışık demeti çoğunlukla, sensörler gibi çipin içinde yerleşik olmayan bir lazer sistemi gibi makro ölçekli ekipmanlar tarafından sağlanmaktadır.
Komple sensör
Nature Scientific Reports'taki son iki makalede, araştırmacılar yalnızca çeşitli ışın özelliklerine sahip çip üstü fenerler tasarlama yaklaşımlarını açıklamakla kalmıyor, aynı zamanda bir prototip oluşturmayı ve başarılı bir şekilde test etmeyi de rapor ediyorlar.
Daha da önemlisi, cihazı mikro elektronik endüstrisine aşina olan mevcut üretim teknolojilerini kullanarak oluşturdular, bu nedenle yaklaşımın daha düşük maliyetle toplu ölçekte uygulanabileceğinden eminler.
Genel olarak bu, endüstrinin bir çip üzerinde hem ışık kaynağı hem de dedektör ile eksiksiz bir sensör oluşturmasını sağlayabilir. Sonuç olarak, çalışma, sensör uygulamaları ve mikroçipler üzerinde ışık dalgalarının manipülasyonu için silikon fotonik kullanımında önemli bir ilerlemeyi temsil ediyor.
Nasıl yaptılar
Singh ve meslektaşları, genel tasarımlarını birden fazla bilgisayar modelleme aracı kullanarak oluşturdular. Bunlar, ışığın yayılması ve manipülasyonuyla ilgili fiziğe dayanan geleneksel yaklaşımları ve bilgisayara büyük miktarda veri kullanarak potansiyel çözümleri tahmin etmeyi öğrettiği daha ileri makine öğrenimi tekniklerini içeriyordu. Anthony, "Bilgisayara birçok nano el feneri örneği gösterirsek, nasıl daha iyi el feneri yapılacağını öğrenebilir." diyor. Nihayetinde, "Bilgisayara istediğimiz ışığın düzenini söyleyebiliriz ve o da bize el fenerinin tasarımının ne olması gerektiğini söyleyecektir."
Araştırmacılar, bu tasarımı, paralel ışınlı veya ışık ışınlarının birbirine mükemmel şekilde paralel olduğu belirli bir el feneri oluşturmak için kullanmaya devam ettiler. Yönlendirilmiş kirişler, bazı sensör türlerinin anahtarıdır. Araştırmacıların yaptığı genel el feneri, ekibin modellemesinin tahmin ettiği, farklı boyutlarda yaklaşık 500 dikdörtgen nano ölçekli yapı içeriyordu. Farklı boyutlardaki nanoyapılar, sırayla diğer uygulamaların anahtarı olan farklı türde kirişlere yol açacaktır.
Singh, ilk el fenerini yaratırken hissettiği heyecanı anlatıyor, “Bilgisayarda tasarladığım şeyi mikroskopla görmek harikaydı. Sonra test ettik ve işe yaradı!”
Bu araştırma kısmen MIT Skoltech Girişimi tarafından desteklenmiştir.
Kaynak:
https://www.lifescience.net/news/3789/nano-flashlight-enables-new-applications-of-light/