Caltech’in minik yeni çipi ışığı 74 kuadrilyonuncuda bir saniyede yönlendirebiliyor | ScienceDaily
Araştırma kuruluşlarından
Caltech’in geliştirdiği yeni bir cihaz, başka bir ışın ve nanometre ölçekli silikon metasurface yardımıyla bir ışık demetini sadece 74 femtosaniyede yeniden yönlendirebiliyor. Bu atılım, fotonik iletişim, hesaplama ve algılama teknolojilerinin çok daha hızlı ilerlemesinin yolunu açabilir.
Işık, olağanüstü hızda çok büyük miktarda bilgi taşıyabilir. Bu yüzden daha hızlı iletişim, daha güçlü hesaplama ve son derece hassas sensörler için fotonik teknolojiler araştırılıyor. Bu sistemlerin çalışması için araştırmacıların ışığın yönünü hassas biçimde kontrol edebilmesi ve bunu son derece hızlı değiştirebilmesi gerekiyor.
Caltech araştırmacıları şimdi bir ışık demetini kullanarak başka bir demeti sadece 74 femtosaniyede, yani 74 kuadrilyonuncuda bir saniyede yeniden yönlendiren bir cihaz geliştirdi. Bu süre, ışığın bir insan saçının genişliği kadar yol alması için gereken süreye yaklaşık olarak eşit.
“Işığı ışıkla yönlendirmek çok zor çünkü ışık tipik olarak maddeyle çok zayıf etkileşir. Optik meta yüzeyler kullanarak, yani ultraince özenle nano mühendislik yapılmış yapraklar kullanarak etkileşim gücünü artırabiliyor ve bunu çok daha yüksek verimlilikle mümkün hale getirebiliyoruz” diyor Howard Hughes Uygulamalı Fizik ve Malzeme Bilimi Profesörü ve Caltech Mühendislik ve Uygulamalı Bilim Bölümü Otis Booth Liderlik Kürsüsü sahibi Harry Atwater.
Araştırmacılar bulgularını yakın zamanda Nature Nanotechnology’de yayımlanan bir makalede bildirdi. Baş yazar Claudio Hail, araştırmayı Atwater’ın Caltech laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı olarak yürütürken gerçekleştirdi. Şu anda UC Berkeley’de makine mühendisliği yardımcı doçenti.
Neden Geleneksel Işık Yönlendirme Teknolojilerinin Hız Sınırı Var
Işığı yönlendirmek veya modüle etmek için kullanılan birçok mevcut teknoloji, bir malzemenin elektronik özelliklerini değiştirmeye dayanır. Örnekler arasında projektörlerde kullanılan sıvı kristal paneller ve telekomünikasyon sistemlerinde bulunan optik çipler yer alır.
Bu cihazlarda elektronlar daha yüksek enerji durumlarına itilir, ardından daha düşük olanlara geri döner ve fazla enerjilerini serbest bırakır. Bu gevşeme zaman alır ve bu da genellikle ışık modülasyonunu nanosaniye veya pikosani̇ye ölçeğiyle, yani saniyenin trilyonuncusu ölçeğiyle sınırlandıran bir darboğaz oluşturur.
Atwater’ın ekibi, elektrik sinyaline duyulan ihtiyacı ortadan kaldırarak farklı bir yaklaşım benimsedi. Bunun yerine araştırmacılar, malzemenin optik davranışını geçici olarak değiştiren özenle tasarlanmış bir desene sahip güçlü bir ışık demeti, yani pompa kullandı.
İkinci, daha zayıf bir demet olan prob, ardından o malzemenin içinden geçti. Yönü, pompa demeti tarafından oluşturulan desene göre değişti.
Optik Kerr Etkisinin Kullanılması
Sistem, optik Kerr etkisi olarak bilinen bir olguya dayanıyor. Yoğun bir ışık demeti bir malzemeden geçtiğinde, malzemenin kırılma indisini, yani ışığın o malzemeden geçerken ne kadar yavaşladığını ve büküldüğünü tanımlayan değeri çok kısa süreliğine küçük bir miktar değiştirebilir.
Etki, elektronların atom çekirdeği çevresindeki yörüngelerindeki hareketindeki değişikliklerden kaynaklanır; elektronların bulunma olasılığının yüksek olduğu bölgeler. Bu durumda elektronlar daha uzun süreli uyarılmış durumlara itilmez.
Bunun sonucunda değişim, ışık darbesinin kendisi kadar hızlı bir şekilde ortaya çıkabilir ve kaybolabilir. Uyarılmış elektronların daha düşük enerji seviyelerine geri düşmesini beklemeye gerek yoktur.
Yalnız başına bakıldığında ise optik Kerr etkisi, pratik cihazlarda kullanışlı olacak miktarda bir ışık demetini yeniden yönlendirmek için çok zayıftır.
Nanometre Ölçekli Silikon Sütunlar Etkisi Güçlendiriyor
Etkileşimi güçlendirmek için araştırmacılar amorf silikondan ince bir filmden oluşan bir meta yüzey oluşturdu. Yüzey, pompanın ışığının dalga boyundan daha küçük olan nanometre ölçekli sütunlarla kaplandı.
Bu sütunların boyutu ve aralığını özenle seçerek ekip, ışığın meta yüzeyin içinde biraz daha uzun süre kalmasını ve doğrudan geçmek yerine içinde dolaşmasını sağladı.
Bu ek etkileşim süresi, silikondaki küçük kırılma indisi değişimini güçlendirdi. Ortaya çıkan etki, prob demetini yeniden yönlendirmek için yeterli hale geldi.
Bu tasarım kullanılarak araştırmacılar ışığı 74 femtosaniye kadar kısa sürede 13 dereceye kadar açılarda yönlendirdi. Ayrıca modülasyon hızının pompa darbesinin süresiyle sınırlı olduğunu, yani 74 femtosaniye olduğunu da gösterdiler.
Daha Hızlı Işık Kontrolü Mümkün Olabilir
Araştırmacılar, mevcut hız sınırının meta malzemenin temel özelliklerinden değil, sistemi çalıştırmak için kullanılan lazer darbelerinden kaynaklandığını söylüyor.
Bu durum, sürecin daha da hızlandırılabilmesi için açık kapı bırakıyor. Daha ileri geliştirme ile teknoloji, zaman kristalleri ve sentetik zamanla değişen optik malzemeler gibi yeni fotonik kavramlar için ilgili zaman ölçeklerine ulaşabilir.
Makalenin başlığı “Ultrafast, reconfigurable all-optical beam steering and spatial light modulation.” Hail ve Atwater’ın yanı sıra Lior Michaeli de makalenin yazarı. O çalışmayı Caltech’te doktora sonrası araştırmacı olarak tamamladı ve şimdi Tel Aviv Üniversitesi’nde elektrik ve bilgisayar mühendisliği yardımcı doçenti.
Çalışma, Hava Kuvvetleri Bilimsel Araştırma Ofisi ve Meta-Görüntüleme Çok Disiplinli Üniversite Araştırma Girişimi, İsviçre Ulusal Bilim Vakfı, Fulbright Burs Programı ve Breakthrough Foundation’dan sağlanan fonlarla desteklendi. Caltech’teki Kavli Nanoskopi Enstitüsü çalışmaya altyapı ve destek sağladı.
Malzemeler Caltech tarafından sağlanmıştır. Not: İçerik stil ve uzunluk açısından düzenlenmiş olabilir.
Journal Reference :
Claudio U. Hail, Lior Michaeli, Harry A. Atwater. Ultrafast, reconfigurable all-optical beam steering and spatial light modulation . Nature Nanotechnology , 2026; 21 (7): 940 DOI: 10.1038/s41565-026-02199-w
Cite This Page :
Caltech. "Caltech’in minik yeni çipi ışığı 74 kuadrilyonuncuda bir saniyede yönlendirebiliyor." ScienceDaily. ScienceDaily, 18 Eylül 2026. .
Caltech. (2026, 18 Eylül). Caltech’in minik yeni çipi ışığı 74 kuadrilyonuncuda bir saniyede yönlendirebiliyor. ScienceDaily . 18 Eylül 2026 tarihinde www.sciencedaily.com / releases / 2026 / 09 / 260918024823.htm adresinden alındı.
Caltech. "Caltech’in minik yeni çipi ışığı 74 kuadrilyonuncuda bir saniyede yönlendirebiliyor." ScienceDaily. www.sciencedaily.com / releases / 2026 / 09 / 260918024823.htm (18 Eylül 2026 tarihinde erişildi).
