این تراشه فوتونیکی جدید سه حالت نور ترکیبی را از هم جدا می کند

محققان یک تراشه فوتونیکی جدید ساخته اند که امکان تشخیص اطلاعات پنهان در تصاویر را با جداسازی حالت های مختلف نور ترکیبی فراهم می کند.

گزارش کردن خدمات فناوری یک مرحله ایاین تراشه می تواند نور را با انسجام جزئی به پرتوهای مجزا و بدون انسجام متقابل جدا کند. این فناوری می‌تواند به دوربین‌ها، میکروسکوپ‌ها و تلسکوپ‌ها کمک کند تا اطلاعاتی را که سیستم‌های تصویربرداری معمولی نمی‌توانند تشخیص دهند، ثبت کنند.

این تراشه فوتونیک که به اندازه یک ناخن است، از شبکه ای از اجزای پردازش نور و یک الگوریتم بهینه سازی استفاده می کند. این مجموعه می تواند حالات منسجم را در یک میدان نوری ترکیبی شناسایی کرده و به صورت فیزیکی آنها را از یکدیگر جدا کند.

نتایج این تحقیق در 30 اکتبر 2026 مجله علمی Nature Photonics با این دستاورد، محققان دانشگاه استنفورد و موسسات همکار توانستند قابلیتی را که دانشمندان به صورت تئوری چند دهه پیش پیشنهاد کرده بودند را به صورت تجربی نشان دهند، اما تاکنون موفق به اجرای آن در عمل نشده اند.

اکثر سیستم های نوری معمولی برای کار با نور منسجم، مانند پرتوهای لیزر، طراحی شده اند. در نور منسجم، امواج یک رابطه فاز پایدار با یکدیگر دارند. در مقابل، منابع نوری معمولی نورهایی با درجات انسجام متفاوت تولید می کنند.

هنگامی که چندین مؤلفه نور با هم همپوشانی دارند، شدت نور حاصل ممکن است اطلاعات مربوط به میدان نوری اصلی را مبهم کند. تحلیلگر نوری فوتونیک جدید می تواند برخی از این اطلاعات را با تقسیم میدان نور به حالت های منسجم مستقل بازیابی کند.

شناسایی الگوهای نور با تراشه فوتونیک جدید

محققان این دستگاه را با استفاده از یک مدار فوتونیک سیلیکونی ساخته اند که شامل شبکه ای از تداخل سنج ها است. این قطعات نور داخل تراشه را هدایت و کنترل می کنند و عملکردی مشابه مدارهای الکترونیکی در پردازش سیگنال های الکتریکی دارند.

برای آزمایش این دستگاه، تیم تحقیقاتی نور دو لیزر مادون قرمز مستقل را به تراشه تزریق کردند و ترکیبی تا حدی منسجم ایجاد کردند.

سپس شبکه خودتنظیمی تراشه با کمک الگوریتم بهینه‌سازی، حالت‌های انسجام غالب در نور ورودی را شناسایی کرد.

نکته مهم این است که تراشه به سادگی نور را از دو منبع لیزر اصلی جدا نمی کند. این دستگاه ماتریس انسجام میدان نور را مورب می کند تا حالت های متعامد بدون انسجام متقابل بدست آید. این فرآیند حتی زمانی امکان پذیر است که پرتوهای اولیه از نظر فضایی با یکدیگر همپوشانی داشته باشند.

محققان این روش را با استفاده از دستگاهی با 9 ورودی آزمایش کردند. این تراشه توانست دو حالت انسجام غالب را با نرخ تطابق بیش از 98 درصد در مقایسه با روش مرجع توموگرافی تشخیص دهد.

آنها همچنین در یک آزمایش جداگانه با سه حالت نوری تأیید کردند که سیستم می تواند بیش از دو حالت را پردازش کند.

پس از پیکربندی، تراشه حالت های گسسته را به صورت فیزیکی به کانال های خروجی مختلف هدایت می کند. سپس این حالت ها برای پردازش نوری بیشتر در دسترس قرار می گیرند.

شانهوی فن، استاد مهندسی برق در دانشگاه استنفورد و یکی از نویسندگان این مطالعه، توضیح داد: «تراشه ما حالت‌های انسجام اساسی یک میدان نوری ناشناخته را می‌آموزد و به صورت فیزیکی آنها را به خروجی‌های مجزا هدایت می‌کند.

بیشتر بخوانید: تولید اولین تراشه نوری جهان آغاز شد

افشای اطلاعات پنهان در تصاویر

توانایی تشخیص اجزای نوری همپوشانی می‌تواند دقت اندازه‌گیری را در شرایطی که دوربین‌های معمولی الگوهای شدت نور مشابهی را ثبت می‌کنند، افزایش دهد.

به عنوان مثال، دو ذره فلورسنت که بسیار نزدیک به یکدیگر هستند ممکن است در زیر میکروسکوپ به عنوان یک نقطه ظاهر شوند. با وجود این، نور ساطع شده از آنها می تواند اطلاعات مکانی و فازی متفاوتی داشته باشد.

جداسازی حالت‌های انسجام ممکن است به آشکار کردن این تفاوت‌ها کمک کند و اطلاعات بیشتری در مورد ساختار نمونه در اختیار محققان قرار دهد.

همچنین محققان نشان دادند که این تراشه فوتونی می تواند اطلاعات موجود در روابط فاز نور را اندازه گیری کند. این اطلاعات معمولاً در اندازه گیری هایی که فقط شدت نور را ثبت می کنند قابل تشخیص نیستند.

این تیم تحقیقاتی اکنون در حال همکاری با ناسا برای بررسی امکان استفاده از این فناوری برای تجزیه و تحلیل نور کهکشان های دوردست هستند.

به عنوان مثال، یک نقطه روشن در یک تصویر تلسکوپ ممکن است در واقع حاوی نور چندین ستاره یا سایر اجرام نجومی باشد. جداسازی حالت های انسجام می تواند به شناسایی اطلاعات نوری این منابع کمک کند.

محققان بر این باورند که کاربردهای این فناوری تنها به تصویربرداری محدود نمی شود. این تراشه همچنین می تواند در سنجش نوری، ارتباطات نوری و محاسبات نوری استفاده شود.

همچنین معماری این دستگاه قابلیت عملکرد معکوس را نیز دارد. به این ترتیب، تراشه می تواند نور تا حدی منسجم با ساختار انسجام دلخواه تولید کند.

این تحقیق روشی قابل برنامه ریزی برای اندازه گیری، تفکیک و کنترل نور با انسجام جزئی ارائه می کند.

با این حال، استفاده عملی از این فناوری در سیستم های تصویربرداری نیاز به توسعه بیشتر دارد. محققان باید ظرفیت تراشه را برای پردازش حالت های نوری بیشتر و بهبود سرعت کنترل آن افزایش دهند.

اگر این محدودیت ها برطرف شوند، تراشه فوتونیکی جدید می تواند زمینه توسعه نسل جدیدی از تجهیزات اندازه گیری و تصویربرداری نوری را فراهم کند.