2019'daki optik etkin noktalara tekrar bakış
Lazerin doğuşu ile optik insan hayatının her alanına nüfuz etti. 2019'da, çeşitli ülkelerden araştırmacılar, Mikro-nano optik, görüntüleme teknolojisi, kuantum iletişimi, terahertz teknolojisi, optik iletişim, biyofotonik, optik inceleme için yapay zeka İçerideki sekiz alanda bir dizi önemli ilerleme kaydedildi. Bu sonuçlar gelecekte insanın günlük yaşamıyla yakından ilişkili olacak, herkesin yiyecek, giyecek, barınma ve ulaşımını etkileyecek ve hatta tüm insan yaşam tarzını değiştirebilir.
Çapraz disiplin
Güç ışığı kontrol bileşenleri
Mikro nano optik 1980'lerde nanoteknolojinin doğuşu ve son yıllarda malzeme büyümesi ve hassas işleme teknolojisinin ilerlemesi sayesinde nanometre ölçeğinde makroskopik olarak yansıtılamayan birçok yeni optik özellik ortaya çıkmıştır.
Termal plazma Disiplinlerarası bir araştırma alanıdır.Uygun, rezonanslı bir ışık kaynağı ile değerli metal nanopartiküller arasındaki etkileşim, nano ölçekli ısıtmaya yol açar.Araştırmacılar, yeni nesil optik kontrollü optik elemanlar gerçekleştirerek optikte termal plazma uygulamasını genişletti. .
Araştırmacılar, altın nanopartiküllerin fototermal özelliklerini, sıvı kristal malzemelerin ısıya duyarlı özellikleriyle birleştirerek, termal plazma ve rezonant ışık kaynaklarının etkileşimini kullanarak bir Işık kontrol optiği .
Bileşen, altın nanorodlardan ve eşleşen kırılma indisine sahip iki sıvı kristalden (PLC, NLC) oluşur.Kapandığında, şeffaf bir optik penceredir.Işık demeti, kırınım olmadan doğrudan geçebilir; uygun bir ışık demeti eklendiğinde ( = 808 nm), element üzerindeki nano partiküller ısıl plazmayı ısıtmak için heyecanlanacak ve sıcaklık değişimi, elementi oluşturan iki sıvı kristal malzemenin kırılma indisinin eşleşmemesini sağlayarak geçen ışığı kıracak bir ızgara yapısı oluşturacaktır. .
Termal plazma ile aktive edilen ters mod kırınım ızgarasının prensibi
Araştırma gösteriyor ki, Bu yapı sadece ışık kontrollü bir ızgara olarak tasarlanamaz, aynı zamanda değişken bir dalga plakası gerçekleştirebilir ve ışığın neden olduğu sıcaklık değişikliklerini tespit etmek için yeni bir yöntem sağlar. Araştırmacılar bu tasarımı yeni nesil biyomedikal termal sensörleri gerçekleştirmek için kullanıyor.
Ek olarak, araştırma geniş kapsamlı bir öneme sahiptir. Elektrik alanlarının genellikle optik bileşenleri kontrol etmek için kullanıldığını ve polimerlerin genellikle elektrik alanları tarafından kontrol edilmesine izin verilmediğini biliyoruz. Işık kontrolü sağlamak için termal plazma kullanma tasarımının, bu polimerlere uygulanması, yeni bir ışık kontrollü fotonik alanı açması ve optikte termal plazma uygulamasını genişletmesi bekleniyor.
Atomik üretim
Moore Yasasını Kırmak
Moore Yasası, mevcut mikroelektronik teknolojisine bağlı olarak gelecekteki yongaların performansının nihayetinde sınırlı olacağını ima etmektedir. "Atomik üretim", malzemelerin atom ölçeğinde ince üretimi, işlenmesi ve düzenlenmesi anlamına gelir. Bu teknolojinin Moore Yasasını ihlal etmesi bekleniyor.
2019 Ulusal Nanobilim Merkezi ve diğer ekipler, ışık alan odaklı elektronik nabız emisyonu elde etmek için metal nanotipler yerine karbon nanotüpler kullandı.
Görünür lazerin uyarılması altında, karbon nanotüpler elektronları yayabilir ve bunlar tarafından üretilen femtosaniye elektronların enerji dağılımı 0.25 eV kadar düşüktür, bu da atomik çözünürlük gereksinimlerini karşılar ve atomik ölçekte malzemelerin işlenmesini mümkün kılar.
Karbon nanotüp ışık alanı emisyon şeması
Makale, düşük enerji dağılımına ek olarak, karbon nanotüplerin de daha iyi Işık kontrol performansı , Ve bu teknolojinin gelecekte "atomik üretim" için yeni teknolojik araçlar sağlamasının beklendiğine inanıyor.
"Asimetrik"
Nanomotor sürücü
Son yıllardaki araştırma tahminleri, Işık alanına hapsolmuş asimetrik nanoparçacık çiftleri, ışığın asimetrik dağılmasına neden olur ve parçacık çiftlerinin gelen ışığa dik yönde hareket etmesine neden olur.
Son zamanlarda, araştırmacılar bu yönsel hareketi deneylerde gözlemlediler, önceki tahmini doğruladılar ve ışık kontrollü nanomotorun temelini attılar. Araştırma gösteriyor ki, Işık ve nanopartiküllerin saçılmasını kontrol ederek, kuvvet ve moment nanometre ölçeğinde kontrol edilebilir.
Heterodimerlerin ve homodimerlerin deneysel olarak ölçülen hareketi; heterodimerler daha büyük parçacıklara doğru hareket eder
Deneysel olarak gözlemlenen asimetrik yapı, halka tuzağındaki altın nanostar dimerlerinin (üstte) ve gümüş nanopartikül kümelerinin (altta) hareketi
Makale, bu ilkeyle gerçekleştirilen nanomotorun biyoalgılama ve malzeme bilimi alanlarında önemli uygulamalara sahip olacağına işaret ediyor.
Süper lazer
Ekstrem ortamları yeniden inşa edin
2019'da Çin, üç ikonik süper güçlü lazer sistemi inşa etti; bunlar Shenguang-5PW lazer, Sichuan CAEP-5PW lazer ve Şangay Optik ve İnce Mekanik Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi, güçlü ışık SULF-10PW lazer.
BELLA PW lazer
Lazer modülasyonu için, Max Born Enstitüsü'ndeki bilim adamları geliştirdi Aşırı ultraviyole ışınları odaklayan ilk kırılma lensi , Ve sonuçları "Nature" üzerinde yayınlayın. Bu mercek, aşırı ultraviyole bölgede opak olan cam mercekler yerine atomik jetlerden oluşur.
Ultraviyole ışığa odaklanan atomik hava akımı lensinin şematik diyagramı
Disiplinlerarası, Almanya'daki Jena Üniversitesi'nden ve Leibniz Fotonik Enstitüsü'nden araştırmacılar, CDJS Jena Kanser Tanısal Görüntüleme Çözümü Projesi'ne dahil oluyor. Optik yöntemler kullanılarak ameliyat sırasında hızlı okuma, nazik ve güvenilir kanser teşhisi gerçekleştirilir.
Kağıtta, Yüksek güç yoğunluklu lazerler daha zorlu fiziksel koşullara ulaşabilir . Yüksek yoğunluklu lazerler, temel fizik araştırmalarına hizmet etmek için evrendeki en zorlu koşulları yeniden oluşturabilir. Ek olarak, ultra hızlı bir zaman ölçeğinde mikroskobik maddenin dinamik evrimini tespit etmek için yüksek yoğunluklu X-ışını darbeleri kullanılabilir.
Lazerlerin diğer alanlarda da önemli uygulama olanakları vardır. Endüstride lazer, malzemelerin hassas şekilde işlenmesini ve yaşlanma değerlendirmesini gerçekleştirebilir. Tıpta, lazerlerin tümörleri tedavi etmek ve tespit etmek için kullanılması beklenir.
Kuantum iletişimi
Yeni bir yol açın
Işık kaynağı açısından, Araştırmacılar, silikon nano-optik dalga kılavuzundaki doğrusal olmayan spontan dört dalgalı karıştırma etkisini, üstün performansa sahip bir silikon substrat üzerinde iki foton polarizasyon dolaşık kuantum ışık kaynağı hazırlamak için kullandılar ve bu temelde dört foton kaynağı gerçekleştirdiler.
Işık kaynağı bir silikon substrat üzerine uygulandığından, mevcut olgun ve yaygın olarak kullanılan CMOS işlemi ile daha iyi birleştirilebilir ve ayrıca mevcut fiber optik kuantum iletişim sistemine bağlanabilir.
Bir silikon substrat üzerinde çoklu foton kaynakları oluşturmak ve karakterize etmek için kullanılan sistemin şematik diyagramı, esas olarak üç bölümden oluşur: pompa lazer modülasyonu, çoklu foton kaynak üretimi ve kuantum durum analizi
Sistemin üstün uyumluluğu, kuantum optik teknolojisinin iletişim, hesaplama ve hassas ölçüm alanlarında gelecekteki uygulamaları için önemli bir temel oluşturabilir.
Uzaktan optik fiber kuantum anahtar dağıtımı açısından, araştırma ekibi ilk önce teorik olarak, bu tür protokolün karmaşıklığını etkili bir şekilde azaltan, fazsız olarak seçilen çift alanlı bir kuantum anahtar dağıtım protokolü önerdi. Uzak ikiz ışık alanı hazırlığının ve uzun mesafeli kanal faz telafisinin iki temel teknolojisinde çığır açın.
İki alanlı kuantum anahtar dağıtım deney sistemi
Kuantum ağları açısından, araştırmacılar Tam optik kuantum tekrarlayıcının temel doğrulamasını gerçekleştirdi , Uzun mesafeli optik fiber kuantum ağlarının inşasının temelini attı, tüm optik kuantum tekrarlayıcıların uygulanabilirliğini başarıyla doğruladı ve pratik kuantum tekrarlayıcılar için yeni bir yol açtı.
Deneysel cihaz şeması
Fotonik çip
Pratik uygulamaya adım atın
5G dönemi yavaş yavaş yaklaşıyor ve kablosuz iletişim trafiği endişe verici bir hızla artıyor, ancak geleneksel mikroelektronik teknolojileri bu büyümeyle başa çıkmada sayısız güçlükle karşı karşıya. "Elektriği" "ışık" ile değiştirmek, insanlar için bu darboğazı çözmenin yeni bir yolu haline geldi.
Mikrodalga Fotonik (MWP), kablosuz sinyal iletimi ve işlemenin zorluklarını elektronik alandan fotonik alana kaydırır. Önceki MWP yongası laboratuvar testlerinde onaylandı, ancak gerçek uygulama arasında hala bir boşluk var.
Son çalışmalar bu açığı giderek kısalttı, hatta ortadan kaldırdı. Daha istikrarlı performansa sahip genel amaçlı mikrodalga fotonik çipler, gerçek senaryolarda doğrudan bile kullanılabilir. Mikrodalga fotonik çip, Çin'in güneybatısındaki aktif yüksek hızlı demiryolu boyunca elektromanyetik parazitleri, geniş bant iletişimlerini ve uzaktan yüksek çözünürlüklü video erişimini tespit etmek için kullanıldı.
Genel mikrodalga fotoniği için çok işlevli entegre fotonik çip uygulaması
Makale, bu çalışmanın, dış mekan sahnelerinde entegre mikrodalga fotoniklerinin gerçek zamanlı, günlük uygulamalarının ilk örneği olarak kabul edilebileceğini ve aynı zamanda teknolojinin gelecekte büyük ölçekli günlük uygulamalara doğru ilerlemesi için önemli bir adım olduğunu belirtiyor.
yapay zeka
Güçlü optik inceleme
Optik alanında yapay zeka da giderek daha fazla ilgi ve uygulama aldı.
Mikroskobik parçacıklar genellikle insanlar tarafından mikro ortamı algılamak için yerel sondalar olarak kullanılır ve insanlar için küçük ayrıntıları ortaya çıkarır Parçacık izleme, optik alanda mikroskobik algılamayı gerçekleştirmek için anahtar bir teknolojidir.
2019'da araştırmacılar, DeepTrack adlı evrişimli sinir ağlarına dayanan tam otomatik bir derin öğrenme yöntemi tanıttı.
DeepTrack, gürültülü ve dengesiz aydınlatma koşullarında birden çok parçacık türü için alt piksel çözünürlüğü elde edebilir ve bu da standart algoritmaları büyük ölçüde aşar.
DeepTrack, mikroskobik bir parçacığın kesin konumunu belirlemek için evrişimli bir sinir ağı kullanır ve performansı standart algoritmalardan daha iyidir.
Çok gürültülü bir ortamda izlenen parçacık örnekleri (turuncu noktalar)
Algoritmik yöntemlere (gri çizgi) dayalı çeşitli parçacık izleme yöntemlerini karşılaştırırken, DeepTrack (turuncu çizgi) tüm dikkate alınan sinyal-gürültü oranı (SNR) açısından en iyisidir.
Bu teknoloji, partikül izleme teknolojisi için yeni fikirler sağlar ve biyotıp ve biyofotoniğin gelecekteki alanlarında pratik ve güvenilir uygulamalara sahip olması beklenmektedir.
Tam metin için lütfen "2019'da Optiklerin Sıcak Noktaları" na bakın ve makale Science and Technology Review'in ilk sayısında 13 Ocak'ta yayınlandı.
