صمم علماء مضخماً يعمل بالليزر قادر على نقل كمية معلومات تفوق ما تنقله أنظمة الألياف الضوئية الحالية بعشرة أضعاف في الثانية، مما قد يكون مفيدا في مجال العلاج الطبي والتشخيص وأيضا تعزيز سرعة الإنترنت بشكل قياسي.

ليزر جديد يعزز سرعة الإنترنت ويضاعف قدرته على نقل البيانات

بحسب ما نشره موقع Life Science، تمكن العلماء من تطوير نوع جديد من مضخمات الليزر يمكنه نقل المعلومات بسرعة تفوق التكنولوجيا الحالية بعشرة أضعاف.

تعمل مضخمات الليزر على زيادة شدة حزم الضوء بتقنية تحمل اسم «التضخيم البصري عالي الكفاءة»

ويحقق ذلك المضخم المبتكر، زيادة بعشرة أضعاف في سرعة النقل من خلال توسيع عرض النطاق الترددي، أو أطوال موجات الضوء التي يمكن لليزر أن ينقل من خلالها المعلومات.

ومن المعروف أنه تزداد كمية المعلومات التي نولدها وننقلها يوما بعد يوم.

وبسبب انتشار خدمات البث المباشر، والأجهزة الذكية، والذكاء الاصطناعي التوليدي، توقعت مختبرات نوكيا بيل في تقرير حركة البيانات العالمي أن حجم حركة البيانات سيضاعف بحلول عام 2030.

العلماء يستخدمون نيتريد السيليكون لإنشاء مضخم بصري

تعتمد أنظمة الاتصالات البصرية الحالية على إرسال نبضات من ضوء الليزر عبر كابلات الألياف الضوئية، وهي خيوط رفيعة من الزجاج.

تحدد سعة النظام، أي كمية المعلومات التي يمكن نقلها، بعرض النطاق الترددي للمضخم (أطوال موجات الضوء التي يمكن للمضخم تعزيزها).

ومع زيادة حركة البيانات، يصبح عرض النطاق الترددي أمرا حاسما في سرعة النقل.

تحتاج معظم الليزرات المستخدمة في الاتصالات الحديثة، مثل الاتصالات عبر الإنترنت، إلى مضخم.

تعمل هذه المضخمات عبر عملية تسمى الانبعاث المحفَّز، حيث يستخدم الفوتون الوارد لتحفيز إطلاق فوتون آخر بنفس الطاقة والاتجاه.

اختار الباحثون الموجِّهات الضوئية اللولبية بدلاً من أنواع أخرى من الموجِّهات لأنها تتيح إنشاء مسارات ضوئية أطول ضمن مساحة صغيرة.

ويعزز ذلك التأثيرات المفيدة مثل خلط الموجات الرباعية، الذي يحدث عندما يتم دمج ترددين أو أكثر من الترددات الضوئية معا لتقوية الإشارة الناتجة بأقل قدر من الضوضاء (التداخل الخارجي الذي قد يؤثر على جودة الإشارة).

وبما أن سرعة الضوء ثابتة، فإن ضوء الليزر نفسه لا ينتقل بسرعة أكبر من تلك الخاصة بالليزرات التقليدية.

ومع ذلك، فإن عرض النطاق الترددي الأكبر يمكّن المضخم الجديد من نقل كمية بيانات تزيد 10 أضعاف ما يمكن أن تنقله الليزرات التقليدية.

يعمل المضخم حالياً ضمن نطاق طول موجي للضوء يتراوح بين 1400 إلى 1700 نانومتر، وهو يقع ضمن نطاق الأشعة تحت الحمراء قصيرة الموجة.

تشمل المرحلة التالية من البحث دراسة كيفية عمله على أطوال موجية أخرى، مثل تلك الخاصة بالضوء المرئي (400 إلى 700 نانومتر) ونطاق أوسع من الأشعة تحت الحمراء (2000 إلى 4000 نانومتر).

تصغير حجم المضخم يفتح الباب أمام أجهزة ذكية دقيقة

قال المؤلف الرئيسي بيتر أندريكسون، أستاذ الفوتونيكس في جامعة تشالمرز للتكنولوجيا في السويد، في بيان: «المضخمات المستخدمة حاليا في أنظمة الاتصالات البصرية تمتلك عرض نطاق يبلغ حوالي 30 نانومتر، أما مضخمنا فيتمتع بعرض نطاق يصل إلى 300 نانومتر، مما يمكنه من نقل بيانات بسرعة تفوق أنظمة الاتصالات الحالية بعشرة أضعاف.»

كما أن المضخم الجديد مصنوع من نيتريد السيليكون، وهو مادة خزفية مقواة تتحمل درجات حرارة عالية.

ويستخدم المضخم موجِّهات ضوئية على شكل لولبي لتوجيه نبضات الليزر بكفاءة وإزالة الشوائب من الإشارة.

كما تم تصغير الحجم بحيث يمكن وضع عدة مضخمات على شريحة صغيرة.

وقد نشر الباحثون نتائج ابتكارهم في 9 إبريل بمجلة «Nature».

تأتي أهمية الكشف الجديد في اطار تطبيقاته المحتملة والمتعددة، منها التصوير الطبي، التحليل الطيفي، التصوير المجسم، وتطوير تقنيات استخدامات المجهر، بحسب البيان.

كما أن تصغير حجم التكنولوجيا قد يجعل أجهزة الليزر المستخدمة في التطبيقات الضوئية أصغر وأرخص تكلفة.

وقال أندركسون: «تعديلات بسيطة في التصميم ستتيح أيضا تضخيم الضوء المرئي وتحت الأحمر».

ويعني ذلك أن المضخم يمكن استخدامه في أنظمة الليزر للتشخيص الطبي، والتحليل، والعلاج.

يسمح توسع عرض النطاق بإجراء تحليلات وتصوير أدق للأنسجة والأعضاء، مما يسهل الكشف المبكر عن الأمراض.