Yazan: Pesach Benson • 9 Eylül 2025
Kudüs, 9 Eylül 2025 (TPS-IL) — İsrail’deki bilim insanları, cam levhaları bir çip üzerinde doğrudan mikroskobik üç boyutlu yapılar halinde katlamak için “fotonik origami” adını verdikleri çığır açan bir yöntem geliştirdiler. Tel Aviv Üniversitesi Salı günü yaptığı açıklamada, veri işleme, algılama ve deneysel fizik cihazlarının yeni nesillerinin yolunu açabilecek bu tekniğin, camın daha önce ulaşılamaz olduğu düşünülen bir ölçekte ultra pürüzsüz, yüksek performanslı optik bileşenler halinde şekillendirilmesine olanak tanıdığını belirtti.
Tel Aviv Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik Mühendisliği Okulu’nda araştırmayı yöneten Profesör Tal Carmon, “Mevcut 3D yazıcılar, optik olarak homojen olmayan ve bu nedenle yüksek performanslı optikler için kullanılamayan pürüzlü 3D yapılar üretiyor” dedi. “Bir kozalak pulunun tohumları serbest bırakmak için dışarı doğru bükülme şeklini taklit eden lazer kaynaklı tekniğimiz, ultra ince cam levhalarda hassas bükülmeyi tetikliyor ve çeşitli uygulamalar için yüksek şeffaf, ultra pürüzsüz 3D mikrofotonik cihazlar oluşturmak için kullanılabilir.”
Çalışmaya göre, ekibin lazer kaynaklı katlama süreci, 3 milimetre uzunluğa ve yalnızca 0,5 mikron kalınlığa (insan saçından yaklaşık 200 kat daha ince) kadar cam yapılar üretti. Araştırmacılar, camı helislerin yanı sıra içbükey ve dışbükey aynalar halinde başarıyla şekillendirdiler ve yüzeylerde bir nanometreden az varyasyonla o kadar pürüzsüzlük elde ettiler ki, ışık bozulmadan yansıdı. Bulgular, hakemli Optica dergisinde yayınlandı.
Carmon, “Büyük 3D yazıcıların neredeyse her ev eşyasını üretebilmesine benzer şekilde, fotonik origami de çeşitli minik optik cihazları mümkün kılabilir” dedi. “Örneğin, çoğu akıllı telefonda kullanılan beş ayrı kameranın yerini alabilecek mikro-yakınlaştırma lensleri üretmek veya bilgisayarlarımızda geleneksel elektroniğe daha hızlı, daha verimli alternatiflere doğru geçişi sağlamaya yardımcı olmak için elektrik yerine ışık kullanan mikrofotonik bileşenler üretmek için kullanılabilir.”
Keşif tesadüfen yapıldı. Carmon, lisansüstü öğrencisi Manya Malhotra’dan, görünmez bir lazerin bir cam parçasını nerede vurduğunu, malzemenin parlayana kadar gücü artırarak belirlemesini istedi. Parlamak yerine cam katlandı.
Carmon, “Basit ama beklenmedik bir andı” diye hatırlattı. Malhotra, grubun şimdi fotonik origami olarak adlandırdığı şeyin öncü uzmanı oldu.
Katlanmanın ardındaki fizik şaşırtıcı derecede zariftir. Cam levhanın bir tarafı lazerle ısıtıldığında, kısa bir süre sıvılaşır. Yüzey gerilimi daha sonra yerçekiminden daha güçlü hale gelir ve yumuşamış camı lazerin odaklandığı yerde tam olarak bir katlanmaya doğru çeker.
Tekniği pratik ortamlarda uygulamak için laboratuvar mühendisi Ronen Ben Daniel, silikon çipler üzerinde ince silika cam katmanları oluşturdu; bu katmanlar, küçük destekler bırakılarak camı serbest bırakmak için aşındırıldı. Karbondioksit lazerinden gelen darbeler kullanarak, ekip cam levhaların bir milisaniyenin altında, saniyede 2 metre hızla ve saniyede 2.000 metrekarenin üzerinde ivmeyle katlanabildiğini gösterdi. Carmon, “Mikroskop altında katlanan silikayı görmek heyecan vericiydi” dedi. “3D mikrofotonik mimari üzerindeki kontrol seviyemiz hoş bir sürpriz oldu – özellikle de sadece istenen katlanmaya odaklanmış tek bir lazer ışını içeren basit bir kurulumla elde edilmiş olması göz önüne alındığında.”
Araştırmacılar, 10 mikrona kadar kalınlıktaki levhaları, dik açılardan spirallere kadar değişen şekillerde, 0,1 mikroradyan hassasiyetle büktüler. En çarpıcı gösterilerinden biri, tabanına yerleştirilmiş içbükey bir aynaya sahip hafif, katlanabilir bir cam masaydı. Avustralya Ulusal Üniversitesi’nden P.K. Lam’ın teorik bir önerisinden esinlenen bu cihaz, prensipte Newton yerçekiminden olası sapmaları çok küçük ölçeklerde incelemek için optik olarak havaya kaldırılabilir; bu deneyler, karanlık madde gibi kozmik bulmacalara ışık tutabilir.
Potansiyel uygulamalar geniş kapsamlıdır. Fotonik origami, çoğu telefonda bulunan birden fazla sabit odaklı lensin yerini alacak mikro-yakınlaştırma lensleri oluşturabilir. Geniş, standart ve telefoto çekimler için beş ayrı kamera kullanmak yerine, tek bir katlanmış cam yapı tüm bu işlevleri yerine getirebilir.
Küçük, yüksek performanslı optik cihazlar, boyut ve hassasiyetin kritik olduğu tıbbi teşhis, çevresel izleme ve endüstriyel algılama için çiplere entegre edilebilir. Fotonik origami ile üretilen ultra pürüzsüz mikro aynalar ve dalga kılavuzları, fiber optik ağları iyileştirerek çipler üzerinde daha kompakt, daha verimli veri yönlendirmesine olanak tanıyabilir.
Optik bilişim alanında, ultra pürüzsüz camı hassas 3D bileşenlere katlamak, silikon tabanlı elektroniğe kıyasla daha hızlı ve daha verimli veri işleme desteği sağlayan, elektrik yerine ışık kullanan mikrofotonik devrelerin oluşturulmasına yardımcı olabilir.
Katlanabilir optikler ayrıca uydu, drone veya boyut, ağırlık ve dayanıklılığın önemli olduğu diğer sistemlere entegre edilebilir.
Carmon, “Yüksek performanslı, 3D mikrofotonik daha önce gösterilmemişti” dedi. “Bu yeni teknik, silika fotoniğini – camı ışığı yönlendirmek ve kontrol etmek için kullanmayı – üçüncü boyuta taşıyor ve yüksek performanslı, entegre optik cihazlar için tamamen yeni olasılıklar açıyor.