Uusi fotonirakenne heittää valoa vapaaseen tilaan

MIT:n ja kumppanien tutkijat ovat kehittäneet uuden luokan fotonisia rakenteita, jotka mahdollistavat valon tarkan lähettämisen sirulta vapaaseen tilaan skaalautuvalla tavalla.

Heidän sirunsa käyttää joukkoa mikroskooppisia rakenteita, jotka käpertyvät ylöspäin muistuttaen pieniä, hohtavia hyppyrimäkiä. Tutkijat voivat tarkasti hallita, miten valo säteilee näistä tuhansista pienistä rakenteista samanaikaisesti.

”Sirulla valo kulkee johteissa, mutta normaalissa vapaassa tilassa valo kulkee minne haluaa. Näiden kahden maailman välinen rajapinta on pitkään ollut haaste. Mutta nyt tämän uuden alustan avulla voimme luoda tuhansia yksilöllisesti ohjattavia lasersäteitä, jotka voivat olla vuorovaikutuksessa sirun ulkopuolisen maailman kanssa yhdellä säteellä”, sanoo Henry Wen, uutta alustaa käsittelevän artikkelin toinen pääkirjoittaja.

Tämä työ sai alkunsa tavoitteesta kehittää kvanttilaskenta-alusta, jossa käytettäisiin timanttipohjaisia kubitteja. Niitä ohjataan lasersäteillä, ja tutkijat tarvitsivat tavan olla vuorovaikutuksessa miljoonien kubittien kanssa samanaikaisesti.

Nykyiset menetelmät, joita käytetään valon lähettämiseen ja ohjaamiseen fotonisirusta, toimivat tyypillisesti vain muutamalla säteellä kerrallaan, eivätkä ne pysty skaalautumaan tarpeeksi vuorovaikutukseen miljoonien kubittien kanssa.

Skaalautuvan alustan luomiseksi tutkijat kehittivät uuden valmistustekniikan. Heidän menetelmänsä tuottaa fotonisiruja, joissa on pieniä rakenteita, jotka kaartuvat ylöspäin sirun pinnasta ja heijastavat lasersäteitä vapaaseen tilaan.

Sirun aaltojohteet ohjaavat valoa kaartuviin rakenteisiin. Tutkijat käyttävät sarjaa modulaattoreita ohjatakseen nopeasti ja tarkasti valon sytyttämistä ja sammuttamista, minkä ansiosta he voivat heijastaa valoa sirusta ja liikuttaa sitä vapaassa tilassa.

Sirurakenteet voivat lähettää valoa eri väreissä ja säätämällä valon taajuuksia säätää säteilevän kuvion tiheyttä. Tällä tavoin ne voivat pohjimmiltaan maalata kuvia vapaassa tilassa valon avulla.

Koska yksittäiset valopisteet eli pikselit ovat niin pieniä, tutkijat voivat käyttää tätä alustaa erittäin tarkkojen näyttöjen luomiseen. Esimerkiksi heidän tekniikallaan 30 000 pikseliä voidaan sovittaa samalle alueelle, jolle mahtuu vain kaksi älypuhelinten näytöissä käytettyä pikseliä, Wen sanoo.

Korkean resoluution näyttöjen ja timanttipohjaisilla kubiteilla varustettujen suurempien kvanttitietokoneiden lisäksi menetelmää voitaisiin käyttää sellaisten lidarien tuottamiseen, jotka ovat riittävän pieniä mahtuakseen pieniin robotteihin.

”Uskomme tämän avaavan oven uudenlaiselle lab-on-chip-ominaisuuksille ja litografisesti määritellyille mikro-opto-robotti-agenteille”, Wen sanoo.