فهرست مطالب
پژوهشگران تراشه فوتونیکی جدیدی ساخته‌اند که با تفکیک حالت‌های مختلف نور ترکیبی، امکان آشکارسازی اطلاعات پنهان در تصاویر را فراهم می‌کند.
به گزارش سرویس فناوری تکناک، این تراشه می‌تواند نور با همدوسی جزئی را به پرتوهای مجزا و فاقد همدوسی متقابل تفکیک کند. این فناوری می‌تواند به دوربین‌ها، میکروسکوپ‌ها و تلسکوپ‌ها کمک کند تا اطلاعاتی را ثبت کنند که سیستم‌های تصویربرداری معمولی قادر به شناسایی آنها نیستند.
این تراشه فوتونیکی که ابعادی تقریبا برابر با ناخن انگشت دارد، از شبکه‌ای از اجزای پردازش نور و یک الگوریتم بهینه‌سازی استفاده می‌کند. این مجموعه می‌تواند حالت‌های همدوسی موجود در یک میدان نوری ترکیبی را شناسایی و به صورت فیزیکی از یکدیگر جدا کند.
نتایج این پژوهش در ۳۰ اکتبر ۲۰۲۶ در مجله علمی Nature Photonics منتشر شد. پژوهشگران دانشگاه استنفورد و مؤسسات همکار با این دستاورد توانستند قابلیتی را به صورت تجربی به نمایش بگذارند که دانشمندان چند دهه پیش امکان آن را به صورت نظری مطرح کرده بودند، اما تاکنون موفق به اجرای عملی آن نشده بودند.
بیشتر سیستم‌های نوری متداول برای کار با نور همدوس، مانند پرتوهای لیزر طراحی شده‌اند. در نور همدوس، امواج رابطه فازی پایداری با یکدیگر دارند. در مقابل، منابع نور معمولی نورهایی با درجات متفاوت همدوسی تولید می‌کنند.
هنگامی که چند مؤلفه نوری با یکدیگر هم‌پوشانی پیدا می‌کنند، شدت نور حاصل ممکن است اطلاعات مربوط به میدان نوری اصلی را پنهان کند. تحلیلگر نوری فوتونیکی جدید می‌تواند بخشی از این اطلاعات را با تفکیک میدان نور به حالت‌های همدوسی مستقل بازیابی کند.
شناسایی الگوهای نور با تراشه فوتونیکی جدید
پژوهشگران این دستگاه را با استفاده از یک مدار فوتونیکی سیلیکونی ساخته‌اند که شبکه‌ای از تداخل‌سنج‌ها را در خود جای داده است. این اجزا نور را درون تراشه هدایت و کنترل می‌کنند و عملکردی مشابه مدارهای الکترونیکی در پردازش سیگنال‌های الکتریکی دارند.
تیم تحقیقاتی برای آزمایش دستگاه، نور دو لیزر فروسرخ مستقل را وارد تراشه کرد و ترکیبی با همدوسی جزئی به وجود آورد.
سپس شبکه خودتنظیم تراشه با کمک الگوریتم بهینه‌سازی، حالت‌های همدوسی غالب در نور ورودی را شناسایی کرد.
نکته مهم این است که تراشه صرفا نور دو منبع لیزری اولیه را از یکدیگر جدا نمی‌کند. این دستگاه ماتریس همدوسی میدان نور را قطری‌سازی می‌کند تا حالت‌هایی متعامد و فاقد همدوسی متقابل به دست آورد. این فرایند حتی زمانی امکان‌پذیر است که پرتوهای اولیه از نظر مکانی با یکدیگر هم‌پوشانی داشته باشند.
پژوهشگران این روش را با استفاده از دستگاهی دارای ۹ ورودی آزمایش کردند. تراشه توانست دو حالت همدوسی غالب را با میزان تطابق بیش از ۹۸ درصد نسبت به یک روش مرجع توموگرافی تفکیک کند.
همچنین آنها در آزمایشی جداگانه با سه حالت نوری تأیید کردند که این سیستم می‌تواند بیش از دو حالت را نیز پردازش کند.
تراشه پس از پیکربندی، حالت‌های تفکیک‌شده را به صورت فیزیکی به کانال‌های خروجی متفاوت هدایت می‌کند. سپس این حالت‌ها برای پردازش نوری بیشتر در دسترس قرار می‌گیرند.
شان‌هویی فن، استاد مهندسی برق دانشگاه استنفورد و یکی از نویسندگان پژوهش توضیح داد: «تراشه ما حالت‌های همدوسی زیربنایی یک میدان نوری ناشناخته را یاد می‌گیرد و آنها را به صورت فیزیکی به خروجی‌های جداگانه هدایت می‌کند.»
بیشتر بخوانید: ساخت نخستین تراشه نوری جهان آغاز شد
آشکارسازی اطلاعات پنهان در تصاویر
توانایی تشخیص مؤلفه‌های نوری هم‌پوشان می‌تواند دقت اندازه‌گیری را در شرایطی افزایش دهد که دوربین‌های معمولی الگوهای شدت نور مشابهی ثبت می‌کنند.
برای مثال، دو ذره فلورسنت که در فاصله بسیار کمی از یکدیگر قرار گرفته‌اند، ممکن است زیر میکروسکوپ به شکل یک نقطه واحد دیده شوند. با وجود این، نور منتشرشده از آنها می‌تواند اطلاعات مکانی و فازی متفاوتی داشته باشد.
تفکیک حالت‌های همدوسی ممکن است به آشکارسازی این تفاوت‌ها کمک کند و اطلاعات بیشتری درباره ساختار نمونه در اختیار پژوهشگران قرار دهد.
همچنین محققان نشان دادند که این تراشه فوتونیکی می‌تواند اطلاعات موجود در روابط فازی نور را اندازه‌گیری کند. این اطلاعات معمولا در اندازه‌گیری‌هایی که فقط شدت نور را ثبت می‌کنند، قابل شناسایی نیستند.
تیم تحقیقاتی اکنون با ناسا همکاری می‌کند تا امکان استفاده از این فناوری را برای تحلیل نور کهکشان‌های دوردست بررسی نماید.
برای مثال، یک نقطه روشن در تصویر تلسکوپ ممکن است در واقع شامل نور چند ستاره یا دیگر اجرام نجومی باشد. تفکیک حالت‌های همدوسی می‌تواند به شناسایی اطلاعات نوری این منابع کمک کند.
پژوهشگران معتقد هستند که کاربردهای این فناوری به تصویربرداری محدود نمی‌شود. این تراشه می‌تواند در حسگری نوری، ارتباطات اپتیکی و محاسبات نوری نیز کاربرد داشته باشد.
همچنین معماری این دستگاه قابلیت فعالیت معکوس را دارد. به این ترتیب، تراشه می‌تواند نور با همدوسی جزئی را با ساختار همدوسی دلخواه تولید کند.
این پژوهش روشی برنامه‌پذیر برای اندازه‌گیری، تفکیک و کنترل نور با همدوسی جزئی ارائه می‌دهد.
با وجود این، استفاده عملی از این فناوری در سیستم‌های تصویربرداری به توسعه بیشتری نیاز دارد. پژوهشگران باید ظرفیت تراشه را برای پردازش تعداد بیشتری از حالت‌های نوری افزایش دهند و سرعت کنترل آن را نیز بهبود بخشند.
در صورت برطرف شدن این محدودیت‌ها، تراشه فوتونیکی جدید می‌تواند زمینه توسعه نسل تازه‌ای از تجهیزات تصویربرداری و اندازه‌گیری نوری را فراهم کند.
