سطح فائق الرقة يتحكم في الضوء بطريقتين مختلفتين تمامًا

[Middle East] - وكالة أنباء إخباري

الابتكار البصري: سطح فائق الرقة يفتح آفاقاً جديدة في التحكم بالضوء

في تطور علمي بارز، أعلن فريق من الباحثين عن تصميم ثوري لسطح ميتا (metasurface) فائق الرقة، قادر على التحكم في خصائص الضوء بطرق غير مسبوقة. يكمن جوهر هذا الابتكار في قدرته على التعامل مع الضوء بناءً على خصائصه المغزلية (spin)، مما يسمح لأشعة الضوء ذات اللفات المختلفة بالانحناء، والتركيز، والتصرف بشكل مستقل تمامًا، مع الحفاظ على حدة الصورة عبر طيف واسع من الألوان. هذا الإنجاز يمثل قفزة نوعية في مجال علم المواد والفيزياء البصرية، ويفتح الباب أمام تطبيقات واسعة النطاق في مجالات تتراوح من الاتصالات الضوئية إلى أجهزة التصوير المتقدمة.

يعتمد المبدأ الأساسي لهذا التصميم الجديد على دمج مبتكر لتأثيرين من تأثيرات الطور الهندسي (geometric phase effects). تتيح هذه التقنية الفريدة ضبط خصائص كل قناة من قنوات اللف المغزلي للضوء بشكل مستقل، دون أن يؤثر أي منهما على الآخر. بعبارة أخرى، يمكن معالجة الضوء الذي يدور باتجاه عقارب الساعة بطريقة مختلفة تمامًا عن الضوء الذي يدور عكس اتجاه عقارب الساعة، وذلك باستخدام نفس السطح الرقيق للغاية. هذا الفصل الكامل في المعالجة هو ما يميز هذا التصميم عن التقنيات السابقة، التي غالبًا ما كانت تشهد تداخلًا بين القنوات المختلفة، مما يحد من كفاءتها ودقتها.

وقد أظهر الباحثون، من خلال تجاربهم، قدرة هذا السطح الميتا على تحقيق توجيه شعاعي مستقر (stable beam steering) وتصميم عدسات ذات تركيز مزدوج (dual-focus lenses) تعمل بكفاءة عبر نطاقات تردد واسعة. هذه القدرات تجعلها مناسبة لمجموعة متنوعة من التطبيقات التي تتطلب تحكمًا دقيقًا في مسار الضوء وتركيزه. على سبيل المثال، يمكن استخدامها في تطوير هوائيات أكثر كفاءة في أنظمة الاتصالات اللاسلكية، أو في بناء أجهزة استشعار بصرية عالية الدقة، أو حتى في تحسين أداء أجهزة العرض المرئي.

إن قابلية هذا النهج للتوسع هي أحد أبرز مميزاته. فالتقنية ليست محصورة في نطاق معين من الأطوال الموجية للضوء، بل يمكن تطبيقها لتشمل نطاقًا واسعًا جدًا، بدءًا من الموجات الميكروية (microwaves) المستخدمة في الرادار والاتصالات، وصولًا إلى الضوء المرئي (visible light) الذي نراه. هذا التنوع في التطبيق يعزز من أهمية هذا الاكتشاف، حيث يمكن استخدامه في تطوير جيل جديد من الأجهزة في قطاعات متعددة. ففي مجال الاتصالات، يمكن أن يؤدي إلى زيادة كبيرة في سعة نقل البيانات وكفاءتها. وفي مجال الاستشعار، يمكن أن يتيح اكتشافات جديدة في مجالات مثل التشخيص الطبي أو مراقبة البيئة.

تكمن أهمية هذا البحث في قدرته على معالجة تحديات رئيسية في مجال البصريات الحديثة. لطالما كان تحقيق التحكم المستقل في خصائص الضوء المختلفة، مثل الاستقطاب أو اللف المغزلي، هدفًا يسعى إليه العلماء. إن القدرة على معالجة هاتين الخاصيتين بشكل منفصل ومستقل باستخدام جهاز واحد، وبكفاءة عالية، يفتح الباب أمام تصميمات أجهزة بصرية أكثر تعقيدًا ووظيفية. على سبيل المثال، يمكن تصميم أنظمة اتصالات كمومية أكثر قوة، أو أجهزة تصوير قادرة على التقاط معلومات ثلاثية الأبعاد بتفاصيل غير مسبوقة.

يمثل تطوير الأسطح الميتا جزءًا حيويًا من الثورة التكنولوجية الحالية. هذه الأسطح، التي غالبًا ما تكون أصغر من الطول الموجي للضوء نفسه، تتكون من هياكل نانوية مصممة بدقة لتعديل سلوك الضوء بطرق محددة. إن القدرة على تصميم هذه الهياكل بدقة تسمح بتحقيق وظائف بصرية لم تكن ممكنة في السابق باستخدام العدسات والمرايا التقليدية. وهذا التصميم الجديد يضيف طبقة أخرى من التعقيد والتحكم، مما يجعله أداة قوية في يد المهندسين والعلماء.

من المتوقع أن يؤدي هذا التقدم إلى تسريع وتيرة الابتكار في العديد من المجالات. إن إمكانية تصغير حجم الأجهزة البصرية، وزيادة كفاءتها، وتوسيع نطاق وظائفها، كلها عوامل ستساهم في تطوير تقنيات جديدة تغير حياتنا. سواء كان ذلك في مجال الحوسبة البصرية، أو الواقع المعزز، أو الاتصالات فائقة السرعة، فإن هذا السطح الميتا المبتكر يحمل وعدًا بمستقبل أكثر إشراقًا وتقدمًا تقنيًا.

الرابط إلى Ekhbary.com