كشف تكنيك جديد براي فشرده سازي نور
مترجم : عليرضا رازقي
http://i36.tinypic.com/28ivs5h.jpgمحققين دانشگاه بركلي كاليفرنيا راه جديد براي فشرده سازي نور در حجم هاي خيلي كوچكتر از فضا هاي قابل تصور ارائه كرده اند كه به نوبه ي خود امكان پيشرفت هاي بسيار زيادي را در زمينه هاي ارتباطات اپتيك ، ليزر و كامپيوتر هاي اپتيك ايجاد مي كند .
محققين اپتيك قبلا موفق به رساندن امواج نور به 200 نانومتر ،*تقريبا 400 بار كوچكتر از عرض يك تار موي انسان شده بودند . گروهي از محققين دانشگاه بركلي به مديريت مهندس مكانيك ، آقاي پروفسور ژانك زانك پيشنهاد فشرده كردن نور و رساندن آن به عرض 10 نانومتر كه تقريبا 5 بار بزرگتر از عرض يك تكه از DNA و 100 بار نازك تر از رشته هاي نوري است را ارائه كرده اند .
به گفته ي رابرت التون يكي از همكاران گروه پروفسور ژانگ و سردبير اين تحقيق ، اين تكنيك امكان كنترل و مديريت چشم گيري بر روي نور را به ما خواهد داد و همچنين امكان كشف مطالب جالبي در مورد كارهايي كه با نور انجام مي دهيم را خواهد داد .
به گفته پروفسور ژانگ هر چه قدر مهندسان كامپيوتر امكان قرار دادن ترانزيستور هاي بيشتري در چيپست هاي كامپيوتر براي رسيدن به ماشين هاي كوچكتر و پر سرعت تر را ايجاد كنند محققين اپتيك به دنبال را ه هايي براي فشرده كردن نور در سيم هاي كوچكتر براي ايجاد ارتباطات نوري بهتر خواهند بود.
به گفته دكتر ژانگ ، كاهش حجم وسايل و تجهيزات نوري از جذابيت بالايي برخوردار است و اين براي آينده ي ارتباطات يك هدف مقدس و بزرگ خواهد بود .
فشرده سازي رشته هاي نوري نه تنها امكان ايجاد ارتباطات نوري كوچكتر را فراهم مي آورند بلكه امكان ايجاد پيشرفت هاي بسيار زيادي را در زمينه هاي كامپيوتر هاي نوري خواهند داشت .
به گفته ي دكتر التون بسياري از دانشمندان در صدد ايجاد ارتباطي بين الكترونيك و اپتيك هستند ولي نور و ماده با هم هم خواني عجيبي دارند چون اندازي ساختار هاي آنها بسيار متفاوت است ، به هر حال ، فشرده سازي نور مي تواند باعث ايجاد اثراتي بنيادي بر روي نور و ماده شود .
محققين اپتيك در صدد فشرده سازي نور در حد طول موج الكترون هستند تا از اين طريق نور و ماده را همكاري بگيرند .
به گفته التون محققين با يك مشكل بزرگ مواجه مي شوند ،هرگاه كه مي خواهد نور را بيشتر از طول موجش فشرده كنند، زيرا نور ديگر تمايل به ماندن در آن حالت را ندارد .
محققين نور را فراتر از اين محدوديت ها با استفاده از رويه هاي پلاسمايي و اجسام نيم رسانا فشرده كرده اند به طوري كه از الكترون ها براي محصور كردن و جلوگيري از تكثير شدن بين سطح فلزات استفاده مي كنند .
التون بر روي متحد كردن پلاسما و و نيم رسانا ها در حال تحقيق بود و هم زماني كه اين مشكلات بيشتر نمايان شد او ايده ي خود را براي يك فشرده شازي بيشتر و پوشاندن اين مشكلات مطرح كرد.تئوري هيبريدي فيبر نوري او از يك نيم رسانا كه در نزديكي يك ورقه ي نازك نقره قرار مي گرفت تشكيل شده است .
به گفته ي التون اين يك مسئله هندسي ساده است و من تعجب مي كنم كه تا كنون چرا كسي به اين موضوع اشاره نكرده است .
التون براي آزمايش ايده خود دست به شبيه سازي رايانه اي زد و متوجه شد كه نه تنها نور را مي تواند در فضا هايي به عرض تنها 10 ها نانومتر فشرده كند بلكه نور مي تواند مسافت ها را 100 بار بيشتر از زماني كه از پلاسما هاي سطحي استفاده مي كرد ، طي كند وبه گفته ي محققين به جاي حركت نور به سمت مركز سيم ، هنگامي كه نور به ورقه ي آهني مي رسد ، امواج نور در يك فضاي خالي بين آنها به دام مي افتد .
به گفته ي التون اين تكنيك به اين دليل موثر بود كه سيستم هيبريدي به عنوان يك باطري و ذخيره كننده ي برق عمل مي كند و انرژي بين سيم و ورقه ي آهني را ذخيره مي كند
هنگامي كه نور بين اين فضاي خالي حركت مي كند باعث ايجاد برانگيختگي در ساخت بار در هر دوي سيم و فلز مي شود و اين بار ها به انرژي اين امكان را مي دهند تا در فاصله ي بيشتري قدرت خود را حفظ كند . به گفته ي دكتر ژانگ اين كشف بر اين باور كه ، فشرده سازي نور هيچ تاثيري بر افزايش فاصله ي طي شده نخواهد داشت ، غلبه خواهد كرد .
به گفته دكتر ژانگ قبلا براي فشرده سازي نور بايد انرژي زيادي مصرف مي شد كه براي كاهش مصرف انرژي بايد ابعاد را بزرگتر مي كرديم و اين دو موضوع هميشه در تقابل همديگر بودند ، ولي اين فكر و طرح اين امكان را ايجاد كرد كه هر دو را به دست آوريم يعني هم كاهش حجم نور و هم كاهش مصرف انرژي .
به گفته ي التون در حال حاضر آزمايش فقط به صورت تئوري است ولي ساخت چنين دستگاهيي را در آينده در دست خواهيم داشت . تنها مشكل موجود ، در تشخيص نور در اين ابعاد است زيرا هم اكنون وسيله اي براي تشخيص نور در اين ابعاد وجود ندارد . ولي گروه دكتر ژانگ ساخت چنين دستگاهي را براي تشخيص نور در اين بعاد در دست دارند .
به نظر التون ، تكنيك هيبريدي فشرده سازي نور تاثيرات زيادي را در آينده خواهد داشت ، از جمله مي توان به فشرده سازي نور و نزديك كردن آن به طول موج الكترون اشاره كرد كه باعث ايجاد ارتباطي بين اپتيك و الكترونيك خواهد شد .
به گفته التون : ما در حال فشرده سازي ابعاد تا حد ابعاد الكترون هستيم تا با اين روش كارهايي را انجام دهيم كه تا كنون انجام داده نشده است .
به گفته ي التون اين فكر مي تواند باعث ايجاد قدمي موثر درجاده ايجاد كامپيوتر اپتيكي شود ، كامپيوتري كه در آن تمام الكترونيك جاي خود را به تجهيزات نوري داده اند . به گفته محققين ساخت يك ترانزيستور نوري مانعي است در رسيدن به محاسبات نوري . اما اين تكنيك يعني فشرده سازي نور و ايجاد ارتباط بين پلاسما با نيم رسانا شايد در حل اين مشكل كمك كند .
مترجم : عليرضا رازقي
منبع : http://www.physlink.com/News/080801LightCompression.cfm
New Technique To Compress Light Discovered
Scientists at the University of California, Berkeley, have devised a way to squeeze light into tighter spaces than ever thought possible, potentially opening doors to new technology in the fields of optical communications, miniature lasers and optical computers.
Optics researchers succeeded previously in passing light through gaps 200 nanometers wide, about 400 times smaller than the width of a human hair. A group of UC Berkeley researchers led by mechanical engineering professor Xiang Zhang devised a way to confine light in incredibly small spaces on the order of 10 nanometers, only five times the width of a single piece of DNA and more than 100 times thinner than current optical fibers.
'This technique could give us remarkable control over light,' said Rupert Oulton, research associate in Zhang's group and lead author of the study, 'and that would spell out amazing things for the future in terms of what we could do with that light.'
Just as computer engineers cram more and more transistors into computer chips in the pursuit of faster and smaller machines, researchers in the field of optics have been looking for ways to compress light into smaller wires for better optical communications, said Zhang, senior author of the study, which will be published in the August issue of Nature Photonics and is currently available online.
'There has been a lot of interest in scaling down optical devices,' Zhang said. 'It's the holy grail for the future of communications.'
Not only would compressed light make possible smaller optical fibers, but it could lead to huge advances in the field of optical computing. Many researchers want to link electronics and optics, but light and matter make strange bedfellows, Oulton said, because their characteristic sizes are on vastly different scales. However, confining light can actually alter the fundamental interaction between light and matter. Ideally, optics researchers would like to cram light down to the size of electron wavelengths to force light and matter to cooperate.
The researchers run into a brick wall, however, when it comes to compressing light farther than its wavelength. Light doesn't want to stay inside a space that small, Oulton said.
They have squished light beyond these limits using surface plasmonics, where light binds to electrons allowing it to propagate along the surface of metal. But the waves can only travel short distances along the metal before petering out.
Oulton had been working on combining plasmonics and semiconductors, where these losses are even more pronounced, when he came up with an idea to achieve simultaneously strong confinement of the light and mitigate the losses. His theoretical 'hybrid' optical fiber consists of a very thin semiconductor wire placed close to a smooth sheet of silver.
'It's really a very simple geometry, and I was surprised that no one had come up with it before,' Oulton said.
Oulton ran computer simulations to test this idea. He found that not only could the light compress into spaces only tens of nanometers wide, but it could travel distances nearly 100 times greater in the simulation than by conventional surface plasmonics alone. Instead of the light moving down the center of the thin wire, as the wire approaches the metal sheet, light waves are trapped in the gap between them, the researchers found.
The research team's technique works because the hybrid system acts like a capacitor, Oulton said, storing energy between the wire and the metal sheet. As the light travels along the gap, it stimulates the build-up of charges on both the wire and the metal, and these charges allow the energy to be sustained for longer distances. This finding flies in the face of the previous dogma that light compression comes with the drawback of short propagation distances, Zhang said.
'Previously, if you wanted to transmit light at a smaller scale, you would lose a lot of energy along the path. To retain more energy, you'd have to make the scale bigger. These two things always went against each other,' Zhang said. 'Now, this work shows there is the possibility to gain both of them.'
Even though the current study is theoretical, the construction of such a device should be straightforward, Oulton said. The problem lies in trying to directly detect the light in such a small space - no current tools are sensitive enough to see such a small point of light. But Zhang's group is looking for other ways to experimentally detect the tiny bits of light in these devices.
Oulton believes the hybrid technique of confining light could have huge ramifications. It brings light closer to the scale of electrons' wavelengths, meaning that new links between optical and electronic communications might be possible.
'We are pulling optics down to the length scales of electrons,' Oulton said. 'And that means we can potentially do some things we have never done before.'
This idea could be an important step on the road to an optical computer, a machine where all electronics are replaced with optical parts, Oulton said. The construction of a compact optical transistor is currently a major stumbling block in the progress toward fully optical computing, and this technique for compacting light and linking plasmonics with semiconductors might help clear this hurdle, the researchers said.
Other authors of the study are Volker Sorger, Dentcho Genov and David Pile, all of Zhang's research group at UC Berkeley.
The U.S. Air Force Office of Scientific Research, the National Science Foundation and the Department of Defense helped support this study.
