آنتن‌های نانوی نوری برای تبادل اطلاعات پرسرعت

یک گروه بین‌المللی به سرپرستی محققانی از دانشگاه ملی استرالیا ( ANU ) برای نخستین بار موفق شده‌اند از طریق یک نانوآنتن چاپ شده روی موج‌بر نوری، به نرخ بالایی از تبادل اطلاعات دست یابند. نتایج این تحقیق کاربردهای چشمگیری در ارتباطات مخابراتی خواهد داشت و برای ابزارهای مخابراتی امکان تبادل داده با سرعت بسیار بالا را فراهم خواهد کرد. تا پیش از این پروژه، تلاش‌های اندکی برای چاپ یک نانوآنتن نوری روی یک موج‌بر نوری صورت گرفته بود که قابلیت‌های بسیار محدودی داشتند.

 Dragomir Neshev استاد دانشگاه ANU و سرپرست این تحقیق می گوید: «ما در پروژه خود نشان دادیم که چنین آنتنی با اندازه کمتر از میکرون، قادر است جریان‌های متفاوتی از اطلاعات را دسته‌بندی کرده و به جهات مختلفی از موج‌بر هدایت کند( اطلاعات بصورت پولاریزاسیون‌های مختلفی از نور کدگذاری می‌شوند ). این وظیفه مهمی است که گیرنده های همدوس ( coherent receivers ) برای هر اتصال ارتباطی باید انجام دهند.»

اماآنچه پروژه Neshev و همکارانش را برجسته‌تر می‌کند این است که آن‌ها قادر شدند اجزای نوری‌ای که مسؤول polarization sorting هستند را در حد یک آنتن با ابعادی کمتر از میکرون کوچک کنند. چنین دستاوردی این امکان را فراهم می‌کند تا بتوانیم بخش‌های فوتونیک را بطور متراکمی در قالب یک تراشه سیلیکونی یکپارچه‌سازی کنیم.

اساس این ابزار مشابه عمل‌کرد آنتن هوایی یاگی – یودا است که انتشار امواج و جمع‌آوری آن‌ها را تنها در یک جهت انجام می‌دهد. به گفته Neshev :« در طراحی ما، دو آنتن برای پولاریزاسیون‌های عمودی و افقی را بطور مؤثری در قالب یک آنتن ارائه کرده‌ایم»

البته استفاده از اصطلاح نانوآنتن‌های نوری اغلب دایره وسیع‌تری را در بر می‌گیرد و چنانکه گاهی حتی به یک نانوذره ساده نیز بعنوان نانوآنتن نوری ارجاع داده می شود. بنابراین برای اینکه ایده‌ای از آنچه محققان ANU انجام داده‌اند بدست آوریم بهتر است اجزای آنرا با یک آنتن موج رادیویی مقایسه کنیم تا به درک بهتری از این آنتن نوری جدید دست یابیم .

در یک آنتن موج رادیویی، آنتن هوایی متشکل از ساختاری است که به یک کابل متصل است. آنتن از طریق این ساختار، تابش‌های الکترومغناطیس موجود در محیط اطراف را دریافت کرده و آن‌ها را برای کابل می فرستد. در مقام مقایسه، نانومیله‌های طلایی بکار رفته در نانوآنتن، در حقیقت نقش همان ساختار دریافت‌کننده امواج الکترومغناطیس را برعهده دارد و موج‌بر نوری، نقش کابل را بازی می‌کند.

نانو آنتن نوری بر اساس پدیده پلاسمونیک کار می‌کند. در پدیده پلاسمونیک، الکترون‌ها در سطح فلز بر اثر تابش نور، به گونه‌ای تحریک می‌شوند که  بصورت امواج پلاسمون شروع به حرکت می‌کنند. این امواج پلاسمون، طول بسیار کوتاهی حتی کمتر از کوتاهترین طول موج نور دارند. در نتیجه ساخت دستگاه‌ها در ابعاد بسیاری کوچکتری امکان‌پذیر می‌شود. پلاسمونیک امکان ساخت آی‌سی‌های نوری را که در آن‌ها فوتون‌ها بجای الکترون‌ها استفاده می‌شوند فراهم می‌کند.

Neshev معتقد است که این تحقیق جدید بسیار غیرمعمول است و نیازمند تخصص‌هایی در حوزه پلاسمونیک، مدارات سیلیکونی نوری برای ساخت موج‌برها و نیز شبکه‌های مخابراتی برای انتقال اطلاعات با سرعت بالا بوده است. البته Neshev بیان می‌کند که کار مهندسی بیشتری لازم است تا بتوان این دستگاه را بصورت تجاری مورد استفاده قرار داد: « کل این ساختار باید با فناوری CMOS سازگار شود. میله‌های طلایی که در حال حاضر استفاده شده‌اند باید با فلزی از جنس دیگر جایگزین شوند. برای اینکار به احتمال از آلومینیوم استفاده خواهد شد تا با فرآیند تولید بر اساس استاندارد CMOS سازگار باشد.» Neshev و همکارانش تلاش خواهند کرد تا کارآیی مخابراتی این دستگاه را بهبود دهند و همچنین مدارهای الکترونیکی با کمک چندین دستگاه نظیر این بسازند.