חדשות

מחקר פורץ דרך שפורסמם בעיתון היוקרתי – Nature Communications בנושא אלמנטים אופטים משטחיים של ד"ר טל אלנבוגן מהמחלקה לאלקטרוניקה פיזיקלית בבית הספר להנדסת חשמל בפקולטה להנדסה ע"ש פליישמן ואורי אביו סטודנט לתואר שני בבית הספר להנדסת חשמל.

לצלם עם עדשות דקות פחות מעובי של שערה.

עדשות קמורות הן אבן הבסיס בכל מכשיר אופטי כמו מצלמות, מיקרוסקופים, טלסקופים וכו'. בד"כ נדרשות מספר רב של עדשות כאלה על מנת לקבל תמונה באיכות גבוהה. אחת הסיבות לכך היא שכאשר  אנו רוצים לדמות (image) תמונה לא מונוכרומטית, כמו למשל בצילום באור יום, אורכי הגל השונים המרכיבים את האור הלבן ייתמקדו למקומות מעט שונים ונקבל תמונה מעוותת. תופעה זו, הקרוייה אברציות כרומטיות chromatic aberration)), מסבכת (ולכן גם מייקרת) את התכנון של מכשירים אופטים, ובנוסף גם מגבילה את העובי המינימלי של המכשיר, כמו למשל בטלפונים חכמים. בעיה זו יוצרת דרישה הולכת וגוברת למציאת תחליפים דקים יותר לעדשות אלה, תוך כדי שמירה על איכות מיקוד האור ועלות ייצור נמוכה.

​

שלוש עדשות לצבע לבצע אחר

בעבודה שפורסמה בעיתון היוקרתי Nature Communications, הראו אורי אביו וד"ר טל אלנבוגן מהמעבדה לננו אלקטרו-אופטיקה באוניברסיטת תל אביב בשיתוף עם ד"ר אוקלידס אלמידה ופרופ' יחיעם פריאור ממכון וויצמן, כיצד ניתן להשתמש בשלוש שכבות אולטרא-דקות של מטה-משטחים, על מנת לייצר עדשה מתוקנת אברציות כרומטיות. בעדשה זו, השתמשו החוקרים בננוטכנולוגיה על מנת לכתוב מערכים של ננו אנטנות העשוית ממתכות שונות, המגיבות לאור הנראה בצורה ייחודית. באמצעות שילוב של שלוש שכבות של מטה- משטחים אלה הצליחו החוקרים להרכיב שלוש עדשות שונות, אשר כל אחת מיועדת לצבע אחר, וביחד ממקדות אור לבן לנקודה אחת, וכל זאת במבנה בעובי של פחות ממאית עובי השערה. בנוסף הראו החוקרים מגוון של רכיבים אופטיים נוספים מבוססים על הטכנולוגיה החדשה. רכיבים אופטיים כאלו מהווים מוקד התעניינות בתעשייה לצורך פיתוחי מצלמות ואלמנטים אופטיים ממוזערים.

לכתבה המלאה: Composite functional metasurfaces for multispectral achromatic optics

החודש פורסמה עבודת המחקר של שלומי ליטמן, סטודנט לדוקטורט בהנדסת חשמל, בהנחייתם של פרופ' עדי אריה מאוניברסיטת תל אביב וד"ר רז גבישי מממ"ג שורק ובשיתוף עם ד"ר גלעד הורביץ, בעיתון המדעי היוקרתי OPTICA

שלומי, מהו הנושא המרכזי בעבודה שחקרתם?

"הטכנולוגיה שועטת לכיון שימוש באור ליישומים שונים. למשל העברת מידע ע"י אור. שימוש באור מעורבל מאפשר בין היתר להגביר את קצב המידע בכמה מונים. בעבודה זו פותחו רכיבים אופטיים מתוחכמים וממוזערים פי 100 מהקיים היום, אשר מפרידים את האור המעורבל לפי מידת  העירבול שלו (מספר העירבולים במרחק של אורך גל). הרכיבים שתוכננו על ידינו מאופיינים בצורות תלת ממד מורכבות. מה שמקשה מאד על ייצורם. בכדי להתגבר על אתגר זה , נעזרנו בהדפסה תלת ממדית לייצורם".

על הפרדה וחיבור של אלומות אור מעורבלות

כאשר מערבבים בתנועה סיבובית באמצעות כפית מים בכוס, נוצרת מערבולת של גלי המים. תופעה דומה קיימת גם בגלים אחרים ובפרט בגלי אור, היות והגל חוזר לצורתו המקורית לאחר התקדמות של אורך גל אחד, מספר הסיבובים של המערבולת בכל אורך גל חייב להיות מספר שלם. גל אור מעורבל נושא תנע זויתי, וניתן להשתמש בו להנעה ולסיבוב של חלקיקים קטנים. אפשר להשתמש בגלים אלה לתקשורת אופטית בקצב גבוה, כך שגלים בעלי תנע זוויתי שונה ינועו על אותו מסלול, וכל אחד מהם ישמש להעברת מידע.

שימושים אחרים של גלי אור

שימושים אחרים של גלים אלה הם בתחום ההצפנה הקוונטית ובתחום האסטרונומיה. כיוון שלאלומות אור מעורבלות יש ערכים קוונטים של מומנט תני זוויתי, ניתן  להיעזר בכך כדי להעביר מידע מוצפן, כאשר הערכים הקוונטים ידועים למצפין. היות והמידע נישא על ידי פוטון בודד, אם אדם כלשהו ירצה להאזין או "לגנוב מידע", הוא ישמיד בכך את המידע המשודר וההאזנה תתגלה.

לחבר או להפריד אלומות מעורבלות בצורה יעילה

על מנת לחבר או להפריד אלומות מעורבלות בצורה יעילה, יש צורך בזוג רכיבים אופטיים אשר מעצבים באופן מרחבי את האור העובר דרכם, כך שאלומות שונות ינותבו ויפוצלו לכיוונים שונים בהתאם לערכי התנע הזוויתי שלהן.

איך ניתן למזער את הרכיבים להפרדה או חיבור של אלומות מעורבלות

על ידי שימוש בהדפסת לייזר תלת ממדית ברזולוציה תת-מיקרונית, ניתן למזער את הרכיבים להפרדה או חיבור של אלומות מעורבלות, כך שיוכלו להיות חלק אינטגרלי במערכות אופטיות ממוזערות כדוגמת סיבים אופטיים. הדפסת לייזר תלת ממדית מאפשרת הדפסה של צורות גאומטריות תלת ממדיות שרירותיות. זאת, ע"י סריקה של אלומת לייזר בעלת משך פולס קצר מאד בתוך חומר נוזלי הרגיש לאור, אשר  יכול להפוך למוצק בגאומטריה שנקבעת בהתאם לאופן סריקת הלייזר בחומר.  במחקר זה, אשר פורסם בעיתון Optica, תוכננו ויוצרו בשיטת הדפסה זו התקנים אשר מסוגלים לזהות ולהפריד אלומות מעורבלות בעלות ערכי מומנט תנע זוויתי שונים. יתרה מכך, יוצר גם התקן כמקשה אחת, החוסך פעולות כיוונון מסובכות של שני הרכיבים. 

שלומי, מה התוצאה הסופית של המחקר שלך? איפה נוכל לראות את זה מיושם?

"התוצאה הסופית היא יצירת חיישן זיהוי לאלומות מעורבלות. יישום אפשרי הוא בהגברת קבצי מידע ברכיבים ממוזערים, ו\או תקשורת קוונטית חסינה לציתות. אלו יכולים להיות מיושמים ביישומים ביטחוניים, ובעולם התקשורת (טלקום), ואסטרונומיה".

לכתבה המלאה​

מירית שרעבי, דוקטורנטית מהמחלקה למדע והנדסה של חומרים, בהנחיה של פרופ' ראמי חג'-עלי מבית הספר להנדסה מכנית ושל פרופ' דפנה בניהו מהפקולטה לרפואה, מנסה לענות לשאלה המעניינת את כולנו: "האם בעתיד לבני האדם יהיה שפע של איברי גוף להחלפה?" התשובה נמצאת בראיון שנתנה השבוע למגזין themarker 

'

מירית שרעבי

לכתבה המלאה