2018 - כולם בשביל אחד: ...כולם בשביל אחד: מערך של לייזרים קטנים הפועלים כמקור אור בודד2018 - כולם בשביל אחד: מערך של לייזרים קטנים הפועלים כמקור אור בודד
חזרהעריכה
פרטים (3)
צוות משותף של חוקרים מהטכניון ומגרמניה פ...
צוות משותף של חוקרים מהטכניון ומגרמניה פיתח מערך קוהרנטי של לייזרים ורטיקליים – טכנולוגיה שנחשבה בלתי אפשרית עד לפני שנים ספורות
צוות של חוקרים ישראליים וגרמנים, בהובלת פרופ' מחקר מוטי שגב, פיתחו מערך המורכב מלייזרים ניצבים קטנים רבים אך פועל כמקור אור אחד, וכל זאת בנפח של גרגר חול. פריצת דרך זו של חוקרי הטכניון וחוקרי אוניברסיטת וירצבורג פורסמה לאחרונה במאמר משותף בכתב העת היוקרתי Science.
מחקריו של פרופ' מחקר מוטי שגב פתחו תחום מחקר חדש המכונה כיום "פוטוניקה טופולוגית" ומעסיק מאות קבוצות מחקר ברחבי העולם. בשנת 2018 פיתחה קבוצת המחקר של פרופ'-מחקר שגב דרך להשתמש בתכונות של מבודדים טופולוגיים פוטוניים כדי לגרום ללייזרים רבים להינעל יחד ולפעול באופן קוהרנטי כלייזר בודד. אך עדיין, גם במערכת זו הייתה מגבלת הספק: האור הבוקע מהלייזרים נפלט בתוך המישור של השבב הפוטוני, אשר הוא גם אותו מישור בו האור התקדם בין לייזר ללייזר. פליטת האור בתוך המישור הגבילה את היכולת להוציא את האור ממערך הלייזרים בצורה יעילה ויצרה צוואר בקבוק. פירושו של דבר שההתקן המוציא את האור החוצה מגביל מאוד את הספק המוצא, בדומה לשקע חשמל בודד המשמש תחנת כוח שלמה. פריצת הדרך הנוכחית מבוססת על שיטה אחרת: הלייזרים "ננעלים" באמצעות מעבר פוטונים בין הלייזרים בתוך מישור השבב הפוטוני, אבל האור נפלט כעת בניצב לשבב, בוקע מהמשטח, ולכן מאפשר לקבץ את אלומת האור הכוללת בקלות.
"מרתק לראות כיצד המדע מתפתח," אמר פרופ'-מחקר שגב, מחזיק הקתדרה ע"ש ד"ר בוב שילמן וחבר האקדמיה הלאומית הישראלית למדעים. "מעקרונות חדשניים בפיזיקה בסיסית עברנו לשינויים יסודיים בפיזיקה הטופולוגית וכעת יצרנו טכנולוגיה אמיתית אשר חברות מסחריות כבר מגלות בה עניין. בשנת 2015, כשהתחלנו לעבוד על לייזרים מבודדים טופולוגית, איש לא האמין שזה אפשרי מפני שהידע על פיזיקה טופולוגית באותו זמן היה מוגבל למערכות שאינן מכילות הֶגְבֵּר - ויותר מכך – אינן יכולות להכיל הגבר. אבל לייזרים מבוססים על הגבר, ולכן הרעיון של לייזרים מבודדים טופולוגיים עמד בניגוד לכל מה שהיה ידוע באותו הזמן. היינו כמו חבורה של "הזויים" המחפשת משהו שנחשב לבלתי אפשרי. לאחר דרך ארוכה - עשינו עכשיו צעד גדול לקראת טכנולוגיה אמיתית שיש לה יישומים רבים."
המחקר פורץ הדרך הדגים כי מבחינה תיאורטית וניסויית אפשר לאחד ויקסלים כדי להשיג לייזר יעיל ביותר על שבב פוטוני. על כן, תוצאות המחקר סוללות את הדרך לפיתוחן של טכנולוגיות עתידיות בתחומים רבים ובהם סלולר, התקנים רפואיים, תקשורת ותחבורה.
המחקר נערך במכון למצב מוצק בשיתוף עם מרכז הקוונטום ע"ש הלן דילר ומכון ראסל ברי למחקר בננוטכנולוגיה (RBNI) בטכניון.
צוות של חוקרים ישראליים וגרמנים, בהובלת פרופ' מחקר מוטי שגב, פיתחו מערך המורכב מלייזרים ניצבים קטנים רבים אך פועל כמקור אור אחד, וכל זאת בנפח של גרגר חול. פריצת דרך זו של חוקרי הטכניון וחוקרי אוניברסיטת וירצבורג פורסמה לאחרונה במאמר משותף בכתב העת היוקרתי Science.
מחקריו של פרופ' מחקר מוטי שגב פתחו תחום מחקר חדש המכונה כיום "פוטוניקה טופולוגית" ומעסיק מאות קבוצות מחקר ברחבי העולם. בשנת 2018 פיתחה קבוצת המחקר של פרופ'-מחקר שגב דרך להשתמש בתכונות של מבודדים טופולוגיים פוטוניים כדי לגרום ללייזרים רבים להינעל יחד ולפעול באופן קוהרנטי כלייזר בודד. אך עדיין, גם במערכת זו הייתה מגבלת הספק: האור הבוקע מהלייזרים נפלט בתוך המישור של השבב הפוטוני, אשר הוא גם אותו מישור בו האור התקדם בין לייזר ללייזר. פליטת האור בתוך המישור הגבילה את היכולת להוציא את האור ממערך הלייזרים בצורה יעילה ויצרה צוואר בקבוק. פירושו של דבר שההתקן המוציא את האור החוצה מגביל מאוד את הספק המוצא, בדומה לשקע חשמל בודד המשמש תחנת כוח שלמה. פריצת הדרך הנוכחית מבוססת על שיטה אחרת: הלייזרים "ננעלים" באמצעות מעבר פוטונים בין הלייזרים בתוך מישור השבב הפוטוני, אבל האור נפלט כעת בניצב לשבב, בוקע מהמשטח, ולכן מאפשר לקבץ את אלומת האור הכוללת בקלות.
"מרתק לראות כיצד המדע מתפתח," אמר פרופ'-מחקר שגב, מחזיק הקתדרה ע"ש ד"ר בוב שילמן וחבר האקדמיה הלאומית הישראלית למדעים. "מעקרונות חדשניים בפיזיקה בסיסית עברנו לשינויים יסודיים בפיזיקה הטופולוגית וכעת יצרנו טכנולוגיה אמיתית אשר חברות מסחריות כבר מגלות בה עניין. בשנת 2015, כשהתחלנו לעבוד על לייזרים מבודדים טופולוגית, איש לא האמין שזה אפשרי מפני שהידע על פיזיקה טופולוגית באותו זמן היה מוגבל למערכות שאינן מכילות הֶגְבֵּר - ויותר מכך – אינן יכולות להכיל הגבר. אבל לייזרים מבוססים על הגבר, ולכן הרעיון של לייזרים מבודדים טופולוגיים עמד בניגוד לכל מה שהיה ידוע באותו הזמן. היינו כמו חבורה של "הזויים" המחפשת משהו שנחשב לבלתי אפשרי. לאחר דרך ארוכה - עשינו עכשיו צעד גדול לקראת טכנולוגיה אמיתית שיש לה יישומים רבים."
המחקר פורץ הדרך הדגים כי מבחינה תיאורטית וניסויית אפשר לאחד ויקסלים כדי להשיג לייזר יעיל ביותר על שבב פוטוני. על כן, תוצאות המחקר סוללות את הדרך לפיתוחן של טכנולוגיות עתידיות בתחומים רבים ובהם סלולר, התקנים רפואיים, תקשורת ותחבורה.
המחקר נערך במכון למצב מוצק בשיתוף עם מרכז הקוונטום ע"ש הלן דילר ומכון ראסל ברי למחקר בננוטכנולוגיה (RBNI) בטכניון.
למאמר המופיע ב-Science :
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj2232