بقلم بيساش بنسون • 11 مارس 2026
القدس، 11 مارس 2026 (TPS-IL) — طوّر علماء إسرائيليون جهازًا بصريًا مجهريًا يمكنه دمج الضوء من عشرات الليزرات شبه الموصلة الصغيرة في ليف بصري واحد بأقل قدر من فقدان الطاقة، مما قد يبسط أنظمة الليزر عالية الطاقة، والاتصالات البصرية، وأنظمة الاستشعار والتصوير.
قام فريق من الباحثين في الجامعة العبرية بالقدس، بقيادة طالبة الدكتوراه يوعاف دانا تحت إشراف البروفيسور دان إم. ماروم في معهد الفيزياء التطبيقية بالجامعة، بإنشاء جهاز صغير مطبوع ثلاثي الأبعاد يُعرف باسم “الفانوس الضوئي” (photonic lantern) يمكنه دمج الضوء من العديد من الليزرات في ليف بصري واحد متعدد الأنماط مع الحفاظ على السطوع. كان اختراقهم الرئيسي هو إظهار أن الجهاز يمكنه دمج الضوء بكفاءة من الليزرات التي تبعث أنماطًا مكانية متعددة، وهو أمر لم تتمكن تصميمات الفوانيس الضوئية السابقة من القيام به.
في الليف البصري، لا ينتقل الضوء دائمًا كشعاع ضيق واحد. بدلاً من ذلك، يمكن أن يتحرك عبر الليف بأنماط مختلفة عبر مقطعه العرضي. تسمى هذه الأنماط “الأنماط المكانية”. في الليف أحادي النمط، يمكن لنمط واحد فقط من الضوء أن ينتقل، بينما في الليف متعدد الأنماط، يمكن لعدة أنماط التحرك في نفس الوقت، كل منها يسلك مسارًا مختلفًا قليلاً عبر الليف. تشبه المقارنة الشائعة الأنماط المكانية الممرات في نفق: يسمح النفق الضيق بمسار واحد فقط لحركة المرور، بينما يسمح النفق الأوسع بعدة مسارات، حيث يمثل كل مسار نمطًا مكانيًا مختلفًا يحمل الضوء عبر الليف.
غالبًا ما تعتمد أنظمة الليزر عالية الطاقة على دمج الضوء من العديد من الليزرات الأصغر لتحقيق خرج أكبر. ومع ذلك، فقد شكل اقتران هذه المصادر بكفاءة في ليف تحديًا تقنيًا طويلًا، خاصة عندما تبعث الليزرات أنماطًا مكانية متعددة من الضوء. تم تصميم الفوانيس الضوئية التقليدية للمدخلات أحادية النمط، مما يجعلها غير مناسبة للضوء متعدد الأنماط الذي تنتجه مصفوفات الليزر السطحية ذات التجويف الرأسي (VCSELs) متعددة الأنماط، والتي تستخدم على نطاق واسع في الاتصالات البصرية وأنظمة الاستشعار والليزر الصناعي عالي الطاقة.
حل فريق الجامعة العبرية هذه المشكلة من خلال تصميم نوع جديد من الفوانيس الضوئية متعددة الأنماط يسمح لعدة مصادر ليزر متعددة الأنماط بالاندماج بسلاسة في ليف بصري واحد متعدد الأنماط من خلال انتقال بصري مصمم بعناية.
تصوير لفانوس ضوئي مجهري مطبوع مباشرة على شريحة VCSEL. المصدر: يوعاف دانا/TPS-IL
في التجارب، أظهر العلماء أجهزة قادرة على دمج 7 أو 19 أو حتى 37 ليزر VCSEL في ليف واحد. نظرًا لأن كل ليزر ينتج عدة أنماط مكانية من الضوء، فقد تمكن النظام من دعم ما يصل إلى 222 نمطًا مكانيًا في المجموع.
على الرغم من دمج عشرات من مدخلات الليزر، ظلت الأجهزة صغيرة للغاية. يبلغ طول هيكل الفانوس الضوئي بأكمله أقل من نصف مليمتر، وهو أصغر بآلاف المرات من أنظمة التجميع البصري التقليدية التي تعتمد على العدسات والتجميعات البصرية الأكبر.
حافظت الأجهزة أيضًا على كفاءة عالية، مع خسائر اقتران منخفضة تصل إلى حوالي 0.6 ديسيبل لجهاز بـ 19 مدخلًا وحوالي 0.8 ديسيبل لإصدار بـ 37 مدخلًا.
من المتوقع أن تحدث الفوانيس الضوئية الجديدة تحولًا في أنظمة الليزر عالية الطاقة من خلال دمج خرج العديد من الليزرات الصغيرة في ليف واحد، مما ينتج أشعة قوية ومركزة في جهاز أصغر وأكثر إحكامًا بكثير من الأنظمة التقليدية. إن حجمها المجهري وكفاءتها العالية تجعلها مثالية للتطبيقات التي تكون فيها المساحة محدودة، مما يتيح تقنيات ليزر محمولة أو مصغرة لا تزال تقدم طاقة بصرية كبيرة.
يمكن للفوانيس الضوئية زيادة سعة البيانات لشبكات الألياف الضوئية بشكل كبير وتمكين التقدم في الاتصالات البصرية والاستشعار والبحث العلمي. وهي تدعم قياسات أكثر دقة في التصوير الطبي، وتقنية LiDAR للمركبات ذاتية القيادة والروبوتات، ويمكنها التقاط وتوجيه مصادر الضوء المعقدة في علم الفلك.
تم تمويل الدراسة من قبل هيئة الابتكار الإسرائيلية وتم إجراؤها بالتعاون مع شركة “سيفان ليزرز” الإسرائيلية، ونُشرت في مجلة Nature Communications التي تخضع لمراجعة الأقران.