Μια επαναστατική ανακάλυψη που καλύπτει τον τομέα των οπτικών επικοινωνιών έρχεται από μια διεθνή ομάδα ερευνητών. Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Nottingham και το Imperial College του Λονδίνου παρουσίασαν μια νέα τεχνολογική πλατφόρμα ικανή να παράγει και να ανιχνεύει παλμούς laser υπεριώδους ακτινοβολίας (UV-C) διάρκειας λιγότερης από ένα τρισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου.
Η έρευνα, η οποία δημοσιεύθηκε στο κορυφαίο επιστημονικό περιοδικό Light: Science & Applications, ανοίγει νέους ορίζοντες για τη δημιουργία συστημάτων επικοινωνίας που μπορούν να μεταδίδουν πληροφορίες μέσω του ελεύθερου χώρου, ακόμα και σε περιπτώσεις που δεν υπάρχει οπτική επαφή μεταξύ πομπού και δέκτη.
Το «αόρατο» πλεονέκτημα της ακτινοβολίας UV-C
Η τεχνολογία φωτονικής στο φάσμα UV-C (100–280 nm) έχει προκαλέσει εδώ και καιρό έντονο ερευνητικό ενδιαφέρον λόγω της μοναδικής ικανότητάς της να διαχέεται στην ατμόσφαιρα. Αυτό επιτρέπει τη μετάδοση δεδομένων «γύρω από γωνίες» ή πίσω από εμπόδια, σε αντίθεση με τις συμβατικές μεθόδους που απαιτούν ευθεία γραμμή στόχευσης.
Ωστόσο, η αξιοποίηση αυτής της δυνατότητας προσέκρουε μέχρι σήμερα σε σημαντικά τεχνολογικά εμπόδια: την έλλειψη αξιόπιστων εξαρτημάτων ικανά να διαχειριστούν το φως σε αυτό το μήκος κύματος. Η νέα μελέτη έρχεται να δώσει λύση σε αυτή την πρόκληση.
Καινοτομία σε χρόνο Femtosecond
Οι ερευνητές συνέθεσαν μια πηγή laser υπερ-υψηλής ταχύτητας με δισδιάστατους (2D) ημιαγωγούς για να επιτύχουν την παραγωγή παλμών UV-C διάρκειας μόλις μερικών femtoseconds (ένα femtosecond ισούται με ένα τετράκις εκατομμυριοστό του δευτερολέπτου).
Εντυπωσιακά, οι παλμοί ανιχνεύθηκαν σε θερμοκρασία δωματίου με τη χρήση φωτοανιχνευτών από σεληνιούχο γάλλιο (GaSe), ένα εξαιρετικά ευαίσθητο υλικό ατομικού πάχους.
«Αυτή η εργασία συνδυάζει για πρώτη φορά την παραγωγή παλμών laser UV-C σε χρόνο femtosecond με την γρήγορη ανίχνευσή τους μέσω δισδιάστατων ημιαγωγών», αναφέρει η καθηγήτρια Amalia Patané. Μάλιστα, σημειώνει ένα απροσδόκητο εύρημα: οι νέοι αισθητήρες εμφάνισαν υπερ-γραμμική απόκριση στην ενέργεια του παλμού, μια ιδιότητα που θεωρείται κρίσιμη για την ανάπτυξη μελλοντικών φωτονικών συσκευών.
Από το εργαστήριο στην πράξη
Για να αποδείξουν τη λειτουργικότητα του συστήματος, οι ερευνητές δεν περιορίστηκαν μόνο σε θεωρητικά μοντέλα. Δημιούργησαν μια διάταξη επικοινωνίας ελεύθερου χώρου, όπου κωδικοποίησαν πληροφορίες στην πηγή του laser και τις μετέδωσαν επιτυχώς στον αισθητήρα-δέκτη.
Ο Ben Dewes, διδακτορικός φοιτητής στο Nottingham και μέλος της ομάδας, τονίζει ότι βρίσκονται ακόμα στην αρχή του ταξιδιού:
«Η ανίχνευση της ακτινοβολίας UV-C με 2D υλικά είναι ακόμα στα σπάργανα. Η ικανότητά μας να ανιχνεύουμε υπερ-βραχείς παλμούς και να συνδυάζουμε την παραγωγή και ανίχνευση στον ελεύθερο χώρο θέτει τις βάσεις для της περαιτέρω ανάπτυξης φωτονικών εξαρτημάτων UV-C».
Το μέλλον της τεχνολογίας και οι πιθανές εφαρμογές
Η ανακάλυψη αυτή έχει ευρύτερη σημασία πέρα από τις τηλεπικοινωνίες. Η δυνατότητα κλιμάκωσης αυτών των συστημάτων για μαζική παραγωγή, όπως επισημαίνει ο καθηγητής Tisch, αποτελεί ορόσημο. Τα χρησιμοποιούμενα υλικά είναι συμβατά με τις τρέχουσες μεθόδους κατασκευής ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, γεγονός που υπόσχεται την ανάπτυξη συμπαγών και οικονομικών συσκευών στο μέλλον.
Οι πιθανές εφαρμογές αυτής της τεχνολογίας είναι πολυάριθμες:
- Ασφαλείς επικοινωνίες: Μεταξύ αυτόνομων οχημάτων και ρομπότ σε περίπλοκα περιβάλλοντα όπου η οπτική επαφή διακόπτεται.
- Επιστημονική έρευνα: Υπερ-ταχεία φασματοσκοπία για τη μελέτη χημικών αντιδράσεων σε πραγματικό χρόνο.
- Ιατρική και Βιολογία: Μικροσκοπία υπερ-υψηλής ανάλυσης για την λεπτομερή παρατήρηση βιολογικών δομών.
«Μια συμπαγής, αποδοτική και απλή πηγή UV-C θα ωφελήσει την ευρύτερη επιστημονική και βιομηχανική κοινότητα», τονίζει ο Tim Klee, διδακτορικός φοιτητής στο Imperial, αναδεικνύοντας τη δυναμική της τεχνολογίας να οδηγήσει σε νέες έρευνες.
Η μελέτη αυτή αποδεικνύει ότι η σύζευξη προηγμένων υλικών με καινοτόμες μεθόδους παραγωγής φωτός μπορεί να αποτελέσει μια νέα εποχή για την ψηφιακή τεχνολογία, μετατρέποντας το «αόρατο» φως σε ένα ισχυρό εργαλείο για την ψηφιακή εποχή.
