Ważne odkrycie naukowców izraelskich

Ważne odkrycie naukowców izraelskich

https://www.optica.org/about/newsroom/news_releases/2025/researchers_use_photonic_origami_to_fold_glass_into_microscopic_3d_optical_devices/

https://scholar.google.com/citations?user=tiFit0cAAAAJ&hl=en

Naukowcy z Uniwersytetu w Tel Awiwie opracowali metodę "origami fotonicznego" do wytwarzania maleńkich szklanych struktur.

Zespół profesora Tala Carmona opracował przełomową metodę składania tafli szkła w mikroskopijne trójwymiarowe struktury bezpośrednio na chipie, proces, który nazywają "fotonicznym origami" – ogłosił we wtorek Uniwersytet w Tel Awiwie. Technika, która może utorować drogę dla nowych generacji urządzeń do przetwarzania danych, wykrywania i fizyki eksperymentalnej, pozwala na kształtowanie szkła w ultragładkie, wysokowydajne komponenty optyczne w skali, która wcześniej była uważana za nieosiągalną.

"Istniejące drukarki 3D wytwarzają szorstkie struktury 3D, które nie są optycznie jednolite, a zatem nie mogą być używane do optyki o wysokiej wydajności" – powiedział profesor Tal Carmon, który kierował badaniami w School of Electrical Engineering na Wydziale Inżynierii Fleischman na Uniwersytecie w Tel Awiwie. "Naśladując sposób, w jaki łuski szyszek wyginają się na zewnątrz, aby uwolnić nasiona, nasza technika indukowana laserem wyzwala precyzyjne gięcie w ultracienkich taflach szkła i może być wykorzystana do tworzenia wysoce przezroczystych, ultragładkich urządzeń mikrofotonicznych 3D do różnych zastosowań".

Jak wynika z badań, indukowany laserem proces składania wytworzył szklane struktury o długości do 3 milimetrów i grubości zaledwie 0,5 mikrona – około 200 razy cieńsze niż ludzki włos. Naukowcom udało się ukształtować szkło w helisy, a także wklęsłe i wypukłe lustra, uzyskując powierzchnie tak gładkie – mniej niż jeden nanometr zmienności – że światło odbijało się bez zniekształceń. Wyniki zostały opublikowane w recenzowanym czasopiśmie Optica.

"Podobnie jak duże drukarki 3D mogą wytwarzać prawie każdy przedmiot gospodarstwa domowego, origami fotoniczne może umożliwić wiele małych urządzeń optycznych" – powiedział Carmon. "Na przykład może być używany do generowania obiektywów z mikrozoomem, które mogą zastąpić pięć oddzielnych aparatów używanych w większości smartfonów lub do wytwarzania komponentów mikrofotonicznych, które wykorzystują światło zamiast energii elektrycznej – pomagając w przejściu na szybsze i bardziej wydajne alternatywy dla tradycyjnej elektroniki w naszych komputerach". Aby zastosować tę technikę w praktyce, inżynier laboratoryjny Ronen Ben Daniel stworzył cienkie warstwy szkła krzemionkowego na chipach krzemowych, które zostały wytrawione w celu uwolnienia szkła, pozostawiając małe podpory. Wykorzystując impulsy z lasera wykorzystującego dwutlenek węgla, zespół wykazał, że tafle szkła można składać w czasie krótszym niż milisekunda, poruszając się z prędkością 2 metrów na sekundę z przyspieszeniem przekraczającym 2000 metrów na sekundę do kwadratu. "To było ekscytujące zobaczyć składającą się krzemionkę pod mikroskopem" – powiedział Carmon. "Poziom kontroli, jaki uzyskaliśmy nad architekturą mikrofotoniczną 3D, był miłym zaskoczeniem - zwłaszcza biorąc pod uwagę, że udało nam się to osiągnąć za pomocą prostej konfiguracji obejmującej tylko jedną wiązkę laserową skupioną na pożądanym zagięciu". Naukowcy wyginali arkusze o grubości do 10 mikronów w kształty od kątów prostych do spiral, z precyzją 0,1 mikroradianów. Jednym z ich najbardziej uderzających pokazów był lekki, składany szklany stół z wklęsłym lustrem wbudowanym w jego podstawę. Zainspirowane teoretyczną propozycją P.K. Lam z Australijskiego Uniwersytetu Narodowego, urządzenie może w zasadzie unosić się optycznie w górę, aby badać możliwe odchylenia od grawitacji Newtona w bardzo małych skalach – eksperymenty, które mogą rzucić światło na kosmiczne zagadki, takie jak ciemna materia.

Potencjalne zastosowania są szerokie. Fotoniczne origami może stworzyć obiektywy z mikrozoomem, które zastąpią wiele obiektywów o stałej ogniskowej, które można obecnie znaleźć w większości telefonów. Zamiast używać pięciu oddzielnych aparatów do zdjęć szerokokątnych, standardowych i teleobiektywów, pojedyncza składana szklana konstrukcja może spełniać wszystkie te funkcje.

Małe, wysokowydajne urządzenia optyczne można zintegrować z chipami do diagnostyki medycznej, monitorowania środowiska i wykrywania przemysłowego, gdzie rozmiar i precyzja mają kluczowe znaczenie. Ultragładkie mikrolustra i falowody wykonane przez fotoniczne origami mogą usprawnić sieci światłowodowe, umożliwiając bardziej kompaktowe i wydajne przesyłanie danych na chipach.

W dziedzinie obliczeń optycznych, składanie ultragładkiego szkła w precyzyjne komponenty 3D może pomóc w budowie obwodów mikrofotonicznych, które wykorzystują światło zamiast energii elektrycznej, wspierając szybsze i wydajniejsze przetwarzanie danych w porównaniu z elektroniką opartą na krzemie.

Składana optyka może być również zintegrowana z satelitami, dronami lub innymi systemami, w których liczy się rozmiar, waga i trwałość.

"Wysokowydajna mikrofotonika 3D nie została wcześniej zademonstrowana" – powiedział Carmon. "Ta nowa technika przenosi fotonikę krzemionkową – wykorzystującą szkło do prowadzenia i kontrolowania światła – w trzeci wymiar, otwierając zupełnie nowe możliwości dla wysokowydajnych, zintegrowanych urządzeń optycznych".

...