پژوهشگران دانشگاه تهران روش جدیدی برای چرخش و کنترل الکترونیکی پرتوی خروجی آنتنهای نوری ارائه کردند که میتواند در توسعه رادارهای نوری استفاده شود. در نتیجه این پژوهش یک سامانه یکپارچه نوری مبتنی بر فراسطح (Metasurface) برای چرخش پرتوی نوری در فضا طراحی شد. فراسطح نوعی سطح هوشمند است که با استفاده از ساختارهای نانومتری، قابلیت کنترل دقیق برای امواج الکترومغناطیسی را فراهم میکند.
لیلا یوسفی، محقق دانشگاه تهران، میگوید: «رادار نوری، گونهای رادار است که در فرکانسهای مادون قرمز طراحی میشود و در ساخت خودروهای بدون راننده، نمایش هولوگرافیک، سنجش از راه دور و نقشهبرداری سهبعدی به کار میرود. این رادارها برای سنجش موانع پراکنده در فضا، از چرخش نور بهره میگیرند که معمولا به روشهای مکانیکی انجام میشود. روشهای مکانیکی سرعت پایین و توان مصرفی بالا دارند.»
نمایشگر هولوگرافیک، صفحه نمایشی است که از شکست نور برای ایجاد یک تصویر سه بعدی مجازی استفاده میکند. به گفته وی، در این پژوهش با بهرهگیری از سیگنال الکتریکی برای چرخش پرتو در فضا، سرعت اسکن افزایش و توان مصرفی کاهش مییابد و کل سامانه کنترل پرتو ابعاد به مراتب کوچکتری پیدا کرده است. در روش مذکور، از فراسطح الکتریکی و ماده جدیدی به نام گرافن (Graphene) برای چرخش پرتو استفاده میشود.
در همین رابطه بخوانید: با زوج ایرانی شاغل در ناسا آشنا شوید
هدایت پرتوی نور در فضا
او توضیح میدهد: «در روشهایی که در سالهای اخیر ارائه شده است، عمدتا از یک فراسطح قابل تنظیم برای چرخش پرتوی نوری بهره میگیرند. فراسطح، ساختاری متشکل از مجموعهای از المانهای کوچک است که سلول واحد نامیده میشوند. نقص این روشها در آن است که باید مشخصات هر سلول واحد به کمک سیگنالهای الکتریکی تغییر کند.»
سلول واحد به کوچکترین مجموعه از اتمها (مولکولها) گفته میشود که تمامی خواص و تقارنهای ساختار کل ماده را داشته باشد.
به گفته وی این موضوع باعث افزایش تعداد سیگنالهای کنترلی برای چرخش پرتو و پیچیدگی زیاد سامانه و افزایش توان مصرفی میشود. مثلا اگر در ساختار طراحیشده در این پژوهش از روشهای قبلی استفاده میشد، برای اسکن پرتوی نوری در فضا، باید حدود ۳۰۰ سیگنال کنترلی در اختیار قرار میگرفت، در حالی که در روش پیشنهادی این پژوهش، تنها از ۵ سیگنال کنترلی برای چرخش پرتو استفاده شده است.
یوسفی میگوید: «مهندسی پرتو در این پژوهش با بهرهگیری از لنز فراسطح و شکلدهی ساختار هر یک از نانوآنتنهای پلاسمونیکی انجام شده است. دستیابی به سرعت بالای چرخش پرتو نیز از طریق ماده گرافن که سرعت واکنش بالایی نسبت به سیگنال الکتریکی دارد، میسر شده است. نتایج این تحقیق در حوزه مخابرات پرسرعت نوری، ادوات با چند نقطه کانونی و ذخیرهسازی انرژی محیطی نیز کاربرد دارد.» در فیزیک به نوسانات الکترونهای آزاد یک محیط پلاسمایی، پلاسمون (Plasmon) میگویند.