מגזין הטכניון | סתיו 2021

12 פוטוניקה צ וות משותף של חוקרים מהטכניון ומגרמניה פיתח מערך קוהרנטי של לייזרים ורטיקליים - טכנולוגיה שנחשבה בלתי אפשרית עד לפני שנים ספורות. החוקרים פיתחו מערך המורכב מלייזרים ניצבים קטנים רבים אך פועל כמקור אור אחד, וכל זאת בנפח של גרגיר חול. פריצת דרך זו של חוקרי הטכניון וחוקרי אוניברסיטת וירצבורג פורסמה לאחרונה במאמר . Science משותף בכתב העת היוקרתי ) הם התקני לייזר זעירים הממלאים VCSELs ויקסלים ( תפקיד חיוני במגוון רחב של פיתוחים טכנולוגיים ובהם טלפונים סלולריים, חיישני רכב ורשתות של סיבים אופטיים לתעבורת נתונים. ממדיהם הזעירים, שהם כמובן בגדר יתרון עצום ביישומים אלה ואחרים, מציבים מגבלה על הספק האור הנפלט מהם. במילים אחרות, הם מייצרים קרינה מוגבלת מאוד בעוצמתה. במשך שנים מנסים מדענים להגביר הספק זה באמצעות חיבור של ויקסלים זעירים רבים ואילוצם לפעול כלייזר קוהרנטי יחיד, אך עד כה לא הושגה הצלחה משמעותית בכך. מכאן חשיבותה של פריצת הדרך שהתפרסמה : לייזר קוהרנטי המורכב מוויקסלים רבים. Science ב- המפתח להישג זה טמון בסידור גאומטרי ייחודי של הוויקסלים על השבב הפוטוני; סידור זה, המאלץ את האור לנוע ולזרום במסלול ספציפי, מבוסס על פלטפורמה של מבודד טופולוגי פוטוני. מבודדים טופולוגיים הם חומרים קוונטיים מהפכניים המאופיינים בכך שעל פני השטח שלהם הם מוליכים חשמל, ויתר על כן, מוליכים אותו ללא אובדן אנרגיה, ואילו בתוכם הם מבודדים, כלומר אינם מוליכים חשמל כלל. קבוצת המחקר של פרופ’-מחקר מוטי שגב מהפקולטות לפיזיקה ולהנדסת חשמל ומחשבים ע”ש ויטרבי בטכניון יישמה רעיונות חדשניים אלה בתחום הפוטוניקה כבר לפני כמה שנים, כשהציגה את המבודד הטופולוגי הפוטוני הראשון. במערכת זו נע האור סביב שוליו של מערך דו-ממדי של מוליכי-גל, ותנועה זו אינה מושפעת מנוכחות של פגמים או אי- סדר. מחקר זה פתח תחום מחקר חדש המכונה כיום “פוטוניקה טופולוגית” ומעסיק מאות קבוצות מחקר פיתחה קבוצת המחקר 2018 ברחבי העולם. בשנת של פרופ’-מחקר שגב דרך להשתמש בתכונות של מבודדים טופולוגיים פוטוניים כדי לגרום ללייזרים רבים להינעל יחד ולפעול באופן קוהרנטי כלייזר יחיד. אך גם במערכת זו הייתה מגבלת הספק: האור הבוקע מהלייזרים נפלט בתוך המישור של השבב הפוטוני, אשר הוא גם אותו מישור שהאור התקדם בו בין לייזר ללייזר. פליטת האור בתוך המישור הגבילה את היכולת להוציא את האור ממערך הלייזרים בצורה יעילה ויצרה צוואר בקבוק. פירושו של דבר שההתקן המוציא את המוצא, בדומה האור החוצה מגביל מאוד את הספק בשביל אחד כולם : צוות מחקר משותף מהטכניון ומגרמניה Science פרסום ב- פיתח מערך קוהרנטי של לייזרים הפועלים כמקור אור יחיד פרופ’-מחקר מוטי שגב יעקב (קובי) לומר אלכס דיקופולצב ערן לוסטיג https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj2232 למאמר: