นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาวิธีการใหม่สำหรับอุปกรณ์ปรับรูปร่างแสง 3 มิติที่มีประสิทธิภาพสูงและความแม่นยำสูง

เทคโนโลยีสมัยใหม่ เช่น การคำนวณแบบออปติก โฟโตนิกส์แบบบูรณาการ และโฮโลแกรมดิจิทัล ล้วนต้องการการจัดการสัญญาณแสงในพื้นที่สามมิติที่ยืดหยุ่น ในกระบวนการนี้ การกำหนดรูปร่างและควบคุมการไหลของแสงตามการใช้งานที่ต้องการถือเป็นสิ่งสำคัญ

เนื่องจากการไหลของแสงภายในตัวกลางถูกควบคุมโดยดัชนีหักเหแสง จึงจำเป็นต้องมีการควบคุมดัชนีหักเหแสงอย่างเฉพาะเจาะจงเพื่อควบคุมเส้นทางแสงภายในตัวกลาง เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาสิ่งที่เรียกว่า "องค์ประกอบโฟโตนิกวอลุ่มแบบไม่มีคาบซ้ำ" (APVE) ซึ่งเป็นวอกเซลขนาดไมโครที่มีดัชนีหักเหแสงเฉพาะที่วางไว้ในตำแหน่งที่กำหนดไว้ล่วงหน้าเพื่อควบคุมการไหลของแสงในลักษณะที่ควบคุมได้ อย่างไรก็ตาม การแกะสลักองค์ประกอบเหล่านี้ต้องใช้ความแม่นยำสูง และวัสดุในการขึ้นรูปแสงส่วนใหญ่จำกัดอยู่ที่การกำหนดค่า 2 มิติ หรือส่งผลให้โปรไฟล์ลำแสงเอาต์พุตลดลงในที่สุด

เมื่อไม่นานมานี้ ผลการศึกษาที่ตีพิมพ์ในวารสารโฟโตนิกส์ “APNexus” ได้นำเสนอวิธีง่ายๆ ในการผลิต APVE ที่มีความแม่นยำสูง และสาธิตการใช้งานในแอปพลิเคชันต่างๆ การวิจัยนี้ดำเนินการโดย Alexander Jesacher จากมหาวิทยาลัยการแพทย์แห่งเมืองอินส์บรุคในประเทศออสเตรีย และงานวิจัยดังกล่าวได้เอาชนะข้อจำกัดในการปรับรูปร่างด้วยแสงที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้

วิธีการนี้ใช้เทคนิคที่เรียกว่า “การเขียนด้วยเลเซอร์โดยตรง” (DLW) ซึ่งเป็นเทคโนโลยีเลเซอร์ความเร็วสูงที่จัดเรียงวอกเซลที่มีดัชนีการหักเหของแสงเฉพาะในสามมิติภายในแก้วโบโรซิลิเกตเพื่อนำแสงอย่างแม่นยำสำหรับการใช้งานต่างๆ

ตามรายงาน นักวิจัยได้ออกแบบอัลกอริทึมที่กระตุ้นแสงที่ผ่านตัวกลางเพื่อกำหนดตำแหน่งที่เหมาะสมที่สุดของวอกเซลเพื่อให้ได้ความแม่นยำที่จำเป็น จากข้อมูลนี้ นักวิจัยสามารถสร้างวอกเซลได้ 154,000 ถึง 308,000 วอกเซลในเวลา 20 นาที โดยแต่ละวอกเซลมีปริมาตรประมาณ 1.75 μm × 7.5 μm × 10 μm นอกจากนี้ พวกเขายังใช้การควบคุมหน้าคลื่นแบบไดนามิกเพื่อชดเชยความคลาดทรงกลม (การบิดเบือนโปรไฟล์ลำแสง) ของเลเซอร์ที่โฟกัสไปที่พื้นผิวในระหว่างกระบวนการ วิธีนี้ช่วยให้แน่ใจได้ว่าโปรไฟล์ของแต่ละวอกเซลมีความสม่ำเสมอในทุกความลึกภายในตัวกลาง

ทีมงานได้พัฒนา APVE สามประเภทเพื่อสาธิตความสามารถในการนำไปใช้ได้ของวิธีการนี้ ได้แก่ ตัวปรับความเข้มสำหรับควบคุมการกระจายความเข้มของลำแสงอินพุต มัลติเพล็กเซอร์ RGB สำหรับควบคุมการส่งสเปกตรัมสีแดง เขียว และน้ำเงินในลำแสงอินพุต และเครื่องเรียงลำดับโหมด Hermite-Gaussian (HG) สำหรับเพิ่มความเร็วในการส่งข้อมูล

ทีมงานได้ใช้เครื่องปรับความเข้มแสงเพื่อแปลงลำแสงแบบเกาส์เซียนเป็นการกระจายแสงรูปโค้งยิ้มในระดับไมโครสเกล จากนั้นจึงใช้มัลติเพล็กเซอร์เพื่อแสดงส่วนต่างๆ ของการกระจายแสงรูปโค้งยิ้มในสีต่างๆ และสุดท้ายจึงใช้เครื่องเรียงลำดับโหมด HG เพื่อแปลงโหมดเกาส์เซียนหลายโหมดที่ส่งผ่านใยแก้วนำแสงเป็นโหมด HG ในทุกกรณี อุปกรณ์นี้สามารถส่งสัญญาณอินพุตได้โดยไม่สูญเสียอย่างมีนัยสำคัญและบรรลุประสิทธิภาพการเลี้ยวเบนที่ทำลายสถิติสูงสุดถึง 80% ซึ่งถือเป็นมาตรฐานใหม่สำหรับ APVE

วิธีใหม่นี้เปิดประตูสู่แพลตฟอร์มต้นทุนต่ำในอุดมคติสำหรับการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วของอุปกรณ์ปรับรูปร่างแสง 3 มิติที่บูรณาการสูง นอกเหนือจากความเรียบง่าย ต้นทุนต่ำ และความแม่นยำสูงแล้ว วิธีนี้ยังขยายไปยังวัสดุพื้นผิวอื่นๆ ได้ รวมถึงวัสดุที่ไม่เป็นเชิงเส้น ความยืดหยุ่นทำให้เหมาะสำหรับการออกแบบอุปกรณ์ 3 มิติที่หลากหลายเพื่อใช้ในสาขาต่างๆ เช่น การส่งข้อมูล การคำนวณแบบออปติก การถ่ายภาพด้วยไฟเบอร์หลายโหมด โฟโตนิกส์แบบไม่เชิงเส้น และออปติกควอนตัม

ที่มาจาก ออฟวีคดอทคอม