חוקרים הצליחו להעביר קרן אור דרך מוליך-גלים בתוך גבישים קולואידיים

התגלית תוכל לסייע לשפר את פעילות הסיבים האופטיים

חוקרים באוניברסיטת אילינוי הינם הראשונים שהצליחו להשיג הולכה אופטית של קרינה תת-אדומה קרובה (near-infrared) דרך רכיבים שהוטמעו ע”י התקבצות-עצמית בתוך גבישים פוטוניים תלת-מימדיים. יישומים של גבישים פעילים אופטית אלו כוללים הפחתה בהפסד האנרגיה בהולכת קרינה, לייזרים בעלי סף נמוך ומעגלים חשמליים אופטיים המבוססים על שבבים אלקטרוניים.

“מאפיין מפתח של שיטות ייצור המשתמשות בפלמור רב-פוטוני ומיקרוסקופ סורק לייזר בעל מוקד-משותף הינו חומר קולואידי המתקבץ בעצמו ובעל פער-פסים פוטוני,” אומר פול בראון, פרופסור בפקולטה להנדסה ומדע החומרים באוניברסיטת אילינוי. במחקר מוקדם יותר שפורסם בשנת 2002 צוות המחקר של בראון היה הראשון שהראה כי באמצעות פלמור רב-פוטוני הם הצליחו להטמיע רכיבים פולימריים בתוך דו-תחמוצת הצורן (silicon dioxide) ע”י התקבצות-עצמית של גביש קולואידי. בראון והצוות שלו הדגימו כי מתקבלת פעילות אופטית ממשית בתוככי מוליכי-גלים ובתוככי החללים שנוצרו בגבישים הקולואידיים.

“לקחנו את מחקרנו הקודם בתור נקודת התחלה ובזכות ההתקדמות העכשווית ברמות התיאוריה והחישוב הצלחנו בעזרת שיפורים בשיטות גידול חומרים ויכולות משופרות בגיבוש קולואידי להכין את החומר הפוטוני הנ”ל,” אומר בראון, שהינו חבר גם במכון Beckman של האוניברסיטה, במעבדת חקר החומרים ע”ש Frederick Seitz ובמעבדה למיקרו וננו-טכנולוגיה. לשם הכנת התקניהם הפעילים אופטית החוקרים החלו לקבץ יחדיו לגביש קולואידי פרודות צורן כדוריות בעלות קוטר אחיד ביותר של 900 ננומטר.

לאחר הרחקת הממס החוקרים מילאו את החללים שבין הפרודות במונומר פעיל-אופטית. או אז הם העבירו קרן לייזר דרך מיקרוסקופ אל תוככי הגביש לשם פלמור המונומרים באתרים הרצויים. בשלב הבא הם הרחיקו את עודפי התמיסה של המונומרים שלא הגיבו ואז מילאו את המבנה בפרודות צורן. לבסוף, הם הוציאו את פרודות הצורן הכדוריות החוצה בהשאירם את הרכיבים האופטיים הרצויים מוטמעים באופן תלת-ממדי בגביש הפוטוני הסופי.

“השימוש בפרודות בעלות קוטר של 900 ננומטר יוצר פער-פסים של 1.5 מיקרונים, שמתאים בדיוק לאורך הגל המשמש בתעשיית התקשורת המתקדמת לתמסורת אלקטרונית בכבלים של סיבים-אופטיים,” אמר בראון. “יצירת מוליכי-גלים אלו באמצעות שיטות של התקבצות-עצמית קולואידית ופלמור רב-פוטוני הינה פשוטה, יעילה וזולה יותר משיטות ייצור שכיחות אחרות, בייחוד עבור גבישים פוטוניים. מחקר זה התקבל לפרסום בכתב-העת Nature Photonics ונגיש באתר האינטרנט של כתב-העת. המחקר של בראון מומן ע”י מחלקת המחקר של צבא ארה”ב, הקרן למדע לאומי ומשרד האנרגיה של ארה”ב.

ידיעה המקורית