סוג חדש של סיב אופטי

צוות מדענים מאוניברסיטת Penn State בארה”ב פיתח את הסיב האופטי הראשון אי-פעם המורכב מליבה של אבץ סלניד – תרכובת צהבהבה המשמשת כמוליכה למחצה 

צוות מדענים מאוניברסיטת Penn State בארה”ב פיתח את הסיב האופטי הראשון אי-פעם המורכב מליבה של אבץ סלניד – תרכובת צהבהבה המשמשת כמוליכה למחצה. המשפחה החדשה של סיבים חדשניים אלו מאפשרת שליטה יעילה ומתקדמת יותר באור, דבר המבטיח לסלול את הדרך לפיתוחה של טכנולוגיית מכ”ם-לייזר רב-תכליתית יותר. ניתן יהיה ליישם את הטכנולוגיה הזו לשם הפיתוח של לייזרים כירורגיים ורפואיים משופרים, לייזרים טובים יותר מהסוג המשמש כאמצעי-הגנה בצבא, ולייזרים לחישת-הסביבה מהסוג המשמש למדידת מזהמים ולגילוי הפיזור של חומרי-לחימה כימיים בידי טרוריסטים.

“זה כמעט הפך לקלישאה לומר כי סיבים אופטיים הם אבן-הפינה של עידן המידע הנוכחי,” אמר החוקר הראשי. “סיבים זערוריים וארוכים אלו, שעוביים קטן פי שלושה משיערת אדם, מסוגלים להעביר טרה בייט (טריליון בתים) – הכמות השקולה ל- 250 די.וי.די. – של מידע בשנייה אחת. ועדיין, תמיד קיימות שיטות לשיפור טכנולוגיה קיימת.” החוקר מסביר כי הטכנולוגיה של סיבים אופטיים תמיד הייתה מוגבלת לשימוש בליבת זכוכית. “לזכוכית יש סידור אטומי אקראי,” מציין החוקר. “בניגוד לכך, חומר גבישי, כגון אבץ סלניד, הינו מסודר להפליא. סדר זה מאפשר לאור לעבור דרך אורכי-גל גבוהים יותר, במיוחד אלו המצויים באמצע-התת-אדום.”

שלא כמו זכוכית סיליקאטית, המשמשת באופן מסורתי בסיבים אופטיים, אבץ סלניד הינו תרכובת מוליכה למחצה. “אנו יודעים מזה זמן רב כי אבץ סלניד מהווה תרכובת שימושית המסוגלת לתמרן אור בצורות שסיליקה אינה יכולה,” אמר החוקר הראשי. “התחבולה הייתה ליצור את התרכובת הזו במבנה סיבי, דבר שמעולם לא נעשה בעבר.” בזכות שיטת ריבוץ-כימי בלחץ גבוה חדשנית שפותחה במעבדתו של החוקר Badding, החוקרים הצליחו להכניס ליבות גַּ‏‏‏‏לְבּ‏‏וֹ‏ (מוליך גלים, waveguide, הערך בוויקיפדיה) של שכבת אבץ סלניד לתוככי צינוריות זכוכית סיליקאטית לקבלת המשפחה החדשה של הסיבים האופטיים. “הריבוץ בלחץ גבוה הוא ייחודי בכך שהוא מאפשר יצירת ליבות סיבי אבץ סלניד ארוכות וזערוריות במבנה מוגדר ביותר,” מסביר החוקר.

החוקרים גילו כי סיבים אופטיים המורכבים מאבץ סלניד יוכלו להיות שימושיים בשתי דרכים. ראשית, הם הבחינו כי הסיבים החדשים היו יעילים יותר בהחלפת האור מצבע אחד למשנהו. “כאשר סיבים אופטיים רגילים משמשים עבור שלטים, צגים ובאומנות, לא תמיד מתקבלים הצבעים הרצויים,” מציין החוקר הראשי. “אבץ סלניד, המנצל תהליך המכונה המרת תדירויות לא-ישרה (nonlinear frequency conversion), יעיל יותר בהחלפת צבעים.” שנית, כפי שאכן ציפו לכך החוקרים, הם מצאו כי משפחת הסיבים החדשה הפגינה רב-תכליתיות רבה יותר לא רק בספקטרום הנראה, אלא גם בתחום התת-אדום – קרינה אלקטרומגנטית בעלת אורכי-גל ארוכים יותר מאלו של התחום הנראה. סיבים אופטיים קיימים בלתי יעילים בהעברת אור תת-אדום.

אולם, הסיבים האופטיים החדשים הצליחו להעביר גם אורכי-גל הארוכים מאור תת-אדום. “יכולת הניצול של אורכי-גל אלו מלהיבה אותנו מכיוון שהממצא מייצג התקדמות שלב לעבר הכנת סיבים שיוכלו לשמש כלייזרים תת-אדום,” מסביר החוקר. “לדוגמא, הצבא משתמש כיום בטכנולוגית מכ”ם-לייזר המסוגלת לנצל את אורכי-הגל של התחום הקרוב-לתת-אדום, או התחום של 2.5-2 מיקרונים. התקן שיוכל לנצל את התחום האמצע-תת-אדום, או התחום שמעל 5 מיקרונים, יהיה מדויק יותר. הסיבים שפיתחנו מסוגלים להעביר אורכי-גל עד ל- 15 מיקרונים.”

החוקר מסביר כי הגילוי של מזהמים ורעלנים סביבתיים יוכל להיות יישום נוסף של טכנולוגיית מכ”ם-לייזר טובה יותר המסוגלת להגיב עם אור בעל אורכי-גל ארוכים יותר. “מולקולות שונות קולטות אור בעל אורכי-גל שונים; לדוגמא, מים קולטים, או חוסמים, אור בעל אורכי-גל של 2.6 מיקרונים,” מוסיף החוקר. “אולם, המולקולות של מזהמים או חומרים רעילים אחרים עשויות לקלוט אור בעל אורכי-גל ארוכים הרבה יותר. אם נהיה מסוגלים להעביר אור לרוחב אורכי-גל ארוכים יותר באטמוספירה, נוכל לאתר את החומרים המצויים בה באופן ברור יותר.”

בנוסף, מציין החוקר הראשי, סיבים אופטיים של אבץ סלניד יוכלו לסלול את הדרך למחקר שיאפשר שיפורן של שיטות כירורגיות מבוססות-לייזר, כגון ניתוח לתיקון עיניים.

ממצאי המחקר פורסמו בכתב-העת המדעי Advanced Materials.

הידיעה על המחקר