راهکار محققان دانشگاه تهران برای توسعه رادارهای نوری در فضا

به گزارش خبرگزاری مهر به نقل از دانشگاه تهران، در نتیجه این پژوهش که در قالب رساله دکتری وحید غفاری و به راهنمایی دکتر لیلا یوسفی، دانشیار دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه تهران انجام شده است، یک سیستم یکپارچه نوری مبتنی بر فراسطح برای چرخش پرتو نوری در فضا طراحی شد.

دکتر لیلا یوسفی درباره اهمیت استفاده از چرخش پرتو در باند نوری گفت: رادار نوری، گونه‌ای رادار است که در فرکانس‌های مادون قرمز طراحی می‌شود و در ساخت خودروهای بدون راننده (خودران)، نمایش هولوگرافیک، سنجش از راه دور و نقشه‌برداری سه بعدی به کار می‌رود. این رادارها برای سنجش موانع پراکنده در فضا، از چرخش نور بهره می‌گیرند که معمولاً به روش‌های مکانیکی انجام می‌شود. روش‌های مکانیکی سرعت پایین و توان مصرفی بالا دارند. در این پژوهش، با بهره‌گیری از سیگنال الکتریکی برای چرخش پرتو در فضا، سرعت اسکن افزایش و توان مصرفی کاهش یافته و کل سیستم کنترل پرتو ابعاد به مراتب کوچک‌تری پیدا کرده است. در این روش جدید، از فراسطح الکتریکی و ماده جدیدی به نام گرافن برای چرخش پرتو استفاده شده است.

سرپرست گروه تحقیقاتی نانوفوتونیک و فرامواد دانشگاه تهران، درباره مزایای این روش در مقایسه با سایر روش‌های چرخش پرتو، توضیح داد: در روش‌هایی که در سال‌های اخیر ارائه شده است، عمدتاً از یک فراسطح قابل تنظیم برای چرخش پرتو نوری استفاده می‌شود. فراسطح، ساختاری متشکل از مجموعه‌ای از الِمان‌های کوچک است که سلول واحد نامیده می‌شوند. نقص این روش‌ها در آن است که باید مشخصات هر سلول واحد به کمک سیگنال‌های الکتریکی تغییر کند.

وی ادامه داد: این موضوع باعث افزایش تعداد سیگنال‌های کنترلی برای چرخش پرتو و پیچیدگی زیاد سیستم و افزایش توان مصرفی می‌شود. به طور مثال اگر در ساختار طراحی شده در این پژوهش از روش‌های قبلی استفاده می‌شد، برای اسکن پرتو نوری در فضا، باید نزدیک به سیصد سیگنال کنترلی در اختیار قرار می‌گرفت؛ در حالی که در روش پیشنهادی در این پژوهش، تنها از پنج سیگنال کنترلی برای چرخش پرتو استفاده شده است. این امر در ساده‌سازی ساختارهای چرخش پرتو بسیار مفید بوده و می‌تواند به صورت یکپارچه در رادارهای نوری به کار رود.

عضو هیأت علمی دانشگاه تهران افزود: مهندسی پرتو در این پژوهش با بهره‌گیری از لنز فراسطح و شکل‌دهی ساختار هر یک از نانوآنتن‌های پلاسمونیکی انجام شده است. دستیابی به سرعت بالای چرخش پرتو نیز از طریق ماده گرافن، که سرعت واکنش بالایی نسبت به سیگنال الکتریکی دارد، میسر شده است. نتایج این تحقیق در حوزه مخابرات پرسرعت نوری، ادوات با چند نقطه کانونی و ذخیره‌سازی انرژی محیطی نیز کاربرد دارد.

یافته‌های این پژوهش به تازگی در مجله «Scientific Reports» از سوی انتشارات نیچر منتشر شده و از طریق پیوند زیر دست‌یافتنی است:

Integrated optical beam steering device using switchable nanoantennas and a reflective metalens