يؤدي الضوء الكثير من المهام الثقيلة في الحياة الحديثة - أجهزة التلفاز، الأقمار الصناعية، كابلات الألياف البصرية التي تتيح لك قراءة هذه الجملة. الآن، تمكن فيزيائيو جامعة ستانفورد من إيجاد طريقة لإعطاء الضوء دفعة إضافية دون حرق فاتورة الكهرباء. لقد بنوا مضخمًا بصريًا بحجم طرف الإصبع تقريبًا يمكنه تقوية الإشارات الضوئية بنحو 100 مرة بينما يستهلك بضع مئات من الميلي واط فقط.
للمقارنة، تعمل المضخمات البصرية مثل مضخمات الصوت - إلا أنها تعزز الضوء بدلاً من قائمة التشغيل الثقيلة بالباص لجارك. الإصدارات المدمجة التقليدية تميل إلى التهام الطاقة، مما يجعلها بنفس كفاءة جهاز المشي الذي يعمل فقط عند الانحدار. الجهاز الجديد، الموصوف في مجلة Nature، يتجنب ذلك عن طريق إعادة تدوير معظم الطاقة التي يحتاجها للتشغيل.
"لقد أثبتنا، لأول مرة، مضخمًا بصريًا متعدد الاستخدامات حقًا ومنخفض الطاقة، يمكنه العمل عبر الطيف البصري وهو فعال بما يكفي ليمكن دمجه على شريحة،" قال أمير صفوي نائيني، المؤلف الرئيسي للدراسة وأستاذ مشارك في الفيزياء بجامعة ستانفورد. الترجمة: يمكننا الآن بناء أنظمة بصرية أكثر تعقيدًا من ذي قبل، ولن تحتاج إلى محطة طاقة خاصة بها.
يحافظ المضخم على الحد الأدنى من الضوضاء - لا أحد يريد إشارة أزيز - ويعمل عبر نطاق أوسع من الأطوال الموجية مقارنة بالنماذج الحالية، مما يعني أنه يمكنه حمل المزيد من البيانات مع تداخل أقل. السر يكمن في تصميم رنيني يعيد الضوء إلى نفسه، مثل فوتون يقوم بلفات حول مضمار سباق. ضوء المضخة يدور حول نفسه، يصبح أكثر كثافة، ويضخم الإشارة المستهدفة بكفاءة أكبر.
"من خلال إعادة تدوير طاقة المضخة التي تغذي هذا المضخم، جعلناه أكثر كفاءة، وهذا لا يأتي على حساب خصائصه الأخرى،" قال ديفين دين، المؤلف المشارك الأول وطالب دكتوراه في مختبر صفوي نائيني. نظرًا لأن الجهاز مضغوط وموفر للطاقة، يمكن تشغيله ببطارية وحشوه في أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف الذكية أو غيرها من الأجهزة الإلكترونية الصغيرة.
"عندما تتمكن من فعل ذلك، فإن الاحتمالات واسعة حقًا لأنها صغيرة جدًا بحيث يمكن إنتاجها بكميات كبيرة وتشغيلها بالبطاريات،" قال دين. تشمل التطبيقات المحتملة اتصالات البيانات، والاستشعار الحيوي، وصنع مصادر ضوئية جديدة - أي شيء يمكن أن يستخدم إشارة أقوى دون قابس أكبر.
تم دعم البحث من قبل وكالة مشاريع الأبحاث الدفاعية المتقدمة (DARPA)، وأبحاث NTT، والمؤسسة الوطنية للعلوم. المؤلفون المشاركون يشملون أيضًا تايوان بارك، مارتن فيجر، هوبير ستوكوفسكي، سام روبنسون، ألكسندر هوانغ، لوك كي، وجيسون هيرمان. قدم دين، بارك، صفوي نائيني، وستوكوفسكي طلب براءة اختراع يغطي طرق تحقيق الميزة الكمومية في أجهزة الاستشعار الفوتونية المقيدة بالطاقة.
المواد مقدمة من جامعة ستانفورد. ملاحظة: قد يتم تحرير المحتوى من حيث الأسلوب والطول.