اكتشاف ليزر خارق يحول فوضى الضوء إلى ثورة تكنولوجية

(MENAFN- Al-Bayan) في قلب المختبرات الهادئة بجامعة كولومبيا، وُلد اختراع بالصدفة قد يُغير قواعد اللعبة في عالم الاتصالات فائق السرعة، والذكاء الاصطناعي، وحتى تكنولوجيا السيارات ذاتية القيادة (LiDAR). لم يكن العلماء يتوقعون أن يتحول هدفهم – وهو تحسين أجهزة الاستشعار بالضوء – إلى ابتكار ما يسمونه الآن ((ليزر قوس قزح)) (أو مشط التردد) على شريحة سيليكون دقيقة.

((أسنان المشط)) المتلألئة
اكتشف فريق البحث بقيادة البروفيسورة ميخال ليبسون، المتخصصة في الهندسة الكهربائية والفيزياء التطبيقية، ظاهرة غير متوقعة أثناء محاولة دفع المزيد من الطاقة عبر شريحة سيليكون مصممة لتقنية الليدار.
يقول الدكتور أندريس جيل مولينا، الباحث السابق في المختبر: ((عندما أرسلنا المزيد والمزيد من الطاقة عبر الشريحة، لاحظنا أنها كانت تخلق ما نسميه مشط التردد)). وهو ظاهرة ضوئية فريدة تشبه قوس قزح هندسي، حيث يتكون الضوء من عشرات الألوان النقية والمتباعدة بدقة متساوية، تظهر على الرسم البياني كـ ((أسنان مشط)) حادة ومضيئة. هذه البجعات المضيئة ليست مجرد عرض بصري جميل؛ بل هي قنوات بيانات مستقلة.
يتيح هذا المشط إرسال تدفقات متعددة من المعلومات (عشرات الحزم) بالتوازي عبر ليف بصري واحد، بدلاً من حزمة بيانات واحدة، مما يُحدث قفزة نوعية في سرعة نقل البيانات.

وداعاً لرفوف الليزر
حتى وقت قريب، كان توليد هذا الضوء المنظم والدقيق يتطلب مختبرات ضخمة مليئة بالليزرات والمضخمات عالية التكلفة. لكن البحث الجديد، الذي نُشر في مجلة Nature Photonics، يصف كيف حقق الفريق نفس النتيجة باستخدام شريحة دقيقة واحدة بحجم ظفر الإصبع.
يشرح الدكتور جيل-مولينا، الذي يعمل الآن كمهندس في شركة (إكسكيب فوتونيكس): ((لقد ولّد الذكاء الاصطناعي ومراكز البيانات طلبًا هائلًا على مصادر ضوء قوية وفعّالة تحتوي على أطوال موجية متعددة)). ويتابع: ((التقنية التي طورناها تأخذ ليزرًا قويًا للغاية وتحوله إلى عشرات القنوات النظيفة عالية الطاقة على شريحة. هذا يعني أنه يمكنك استبدال رفوف من أجهزة الليزر الفردية بجهاز واحد صغير الحجم، مما يقلل الكلفة ويوفر المساحة، ويفتح الباب أمام أنظمة أسرع وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة)).

ـ
تحويل الفوضى إلى تماسك
لم يكن الليزر المستخدم في التجربة سهلاً، فقد اختار الفريق ما يُعرف بـ ((ثنائي الليزر متعدد الأوضاع))، وهو قوي ولكنه ينتج شعاعاً ((فوضوياً)) لا يصلح للتطبيقات الدقيقة.
كان مفتاح الإنجاز الهندسي هو دمج هذا الليزر ((الفوضوي)) على شريحة فوتونية سيليكونية ضيقة للغاية. استخدم الفريق تقنية تُسمى ((آلية القفل))، التي تعتمد على خصائص الشريحة لتنقية وإعادة تشكيل مخرج الليزر، وتحويل ضوئه الفوضوي إلى شعاع ((متماسك وعالي الاستقرار)). بعد ذلك، تولت الخصائص البصرية غير الخطية للرقاقة مهمة تقسيم هذا الشعاع القوي إلى أمشاط التردد المتباعدة بدقة.

MENAFN11102025000110011019ID1110182292