طیف سنج ۱۰۰۰ برابر کوچکتر با قدرت دستگاه های بزرگتر، می تواند تحقیق در فضا را ارتقا دهد

محققان یک طیف‌سنج توسعه داده‌اند که قابلیت‌هایی از تشخیص بیماری تا مشاهدات نجومی دارد.

طیف‌سنج‌ها قرن‌هاست که وجود دارند، اما این یک تغییر بزرگ ایجاد کرده است. این دستگاه فوق‌العاده دقیق است و می‌تواند نور را با جزئیات بی‌نظیر اندازه‌گیری کند.

با شکستن نور به رنگ‌های مجزا، طیف‌سنج‌ها می‌توانند اطلاعاتی درباره ترکیب مواد از ستاره‌ها تا نمونه‌های بیولوژیکی را افشا کنند.

محققان دانشگاه یو سی سانتا کروز این طیف‌سنج کوچک را توسعه داده‌اند که می‌تواند نور را با سطحی از جزئیات اندازه‌گیری کند که قابل مقایسه با ابزارهای بسیار بزرگ‌تر است.

این ابزار می‌تواند برای تحقیقات خاص سفارشی شود، برخلاف ابزارهای بزرگ‌تر و گران‌تر.

در یک نمایش، این دستگاه به دقت طول موج‌های نور را تا 0.05 نانومتر اندازه‌گیری کرد — “این حدوداً 1.6 میلیون بار کوچکتر از عرض یک موی شخص است.”

جالب است که این طیف‌سنج وضوحی برابر با دستگاه‌هایی که ۱۰۰۰ برابر بزرگ‌تر هستند را دارد.

“این اساساً به خوبی یک طیف‌سنج بزرگ، استاندارد و گران‌قیمت کار می‌کند. این واقعاً بسیار تأثیرگذار و رقابتی است،” گفت هولگر اشمیت، نویسنده ارشد مقاله.

طیف‌سنج کوچک با عملکرد بالا

طیف‌سنج‌های کوچک معمولاً نسبت به مدل‌های بزرگتر عملکرد کمتری دارند و به دلیل فرآیندهای پیچیده تولید ممکن است هزینه‌بر باشند.

این طیف‌سنج جدید با استفاده از یک راهنمای موج بر روی یک تراشه برای هدایت نور به الگوهای خاص بر اساس رنگ، این چالش‌ها را غلبه کرده است. این روش نوآورانه زمان تولید را از هفته‌ها به ساعت‌ها کاهش داده و دستگاه را مقرون به صرفه‌تر می‌کند.

داده های تراشه توسط یک الگوریتم یادگیری ماشین پردازش می‌شود که الگوهای نور را تفسیر می‌کند تا یک تصویر بسیار دقیق و دقیق ایجاد کند. این روش به عنوان “طیف‌سنجی بازسازی” شناخته می‌شود.

“در مقایسه با طراحی تراشه پیشرفته‌تر، این فقط به یک ماسک فوتولیتوگرافی نیاز دارد که ساخت را بسیار آسان‌تر و سریع‌تر می‌کند،” گفت پروفسور آرون هاوکینز.

“کسی با برخی قابلیت‌های پایه می‌تواند این را بازتولید کرده و دستگاه مشابه‌ای برای نیازهای خود تنظیم کند،” هاوکینز اضافه کرد.

استفاده در نجوم

محققان بر این باورند که فناوری آنها دارای کاربردهای بالقوه گسترده است، در ابتدا تمرکز آنها بر روی نجوم است. مقرون به صرفه بودن دستگاه‌های آنها می‌تواند به منجمان اجازه دهد که آنها را برای تحقیقات خاص سفارشی کنند، برخلاف ابزارهای بزرگتر و گران‌تر.

تیم در حال حاضر تراشه را برای یکپارچه‌سازی در تلسکوپ رصدخانه لیک آماده می‌کند. این برای گرفتن نور از ستاره‌ها و مطالعه رویدادهای آسمانی استفاده خواهد شد.

جالب است که این فناوری می‌تواند به ارائه بینش‌هایی در مورد ترکیب جوهای سیاره‌های خارج از منظومه شمسی و ماهیت ماده تاریک در کهکشان‌های کوتوله ضعیف کمک کند.

علاوه بر این، تیم در حال بهینه‌سازی سیستم برای جمع‌آوری و انتقال نور ضعیف ستاره‌ای و کهکشانی به طیف‌سنج کوچک شده است.

“در نجوم، وقتی سعی می‌کنید چیزی را روی یک تلسکوپ قرار دهید و نور را از آن عبور دهید، همیشه چالش‌های جدیدی کشف می‌کنید — این بسیار سخت‌تر از انجام آن در آزمایشگاه است. زیبایی این همکاری این است که ما در واقع یک تلسکوپ داریم و می‌توانیم این دستگاه‌ها را با یک سیستم اپتیک انطباقی خوب روی تلسکوپ قرار دهیم و امتحان کنیم.” گفت کوین باندی، یکی از محققان مطالعه.

به غیر از نجوم، محققان انتظار دارند که کاربردهایی در زمینه‌های پزشکی، مانند تشخیص فلورسانس برای سرطان و غربالگری بیماری‌های عفونی داشته باشند.

یافته‌ها در مجله APL Photonics. منتشر شد.