อีกไม่นานเทคนิคการลอยตัวแบบขับเคลื่อนด้วยแสงจะทำให้เครื่องบินขนาดเล็กราคาประหยัดสามารถบินได้อย่างยั่งยืนครั้งแรกในชั้นบรรยากาศมีโซสเฟียร์ของโลก Mohsen Azadi และเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนียใช้ประโยชน์จากผลกระทบของโฟโตโฟรีซิส รวมกับลำแสงที่มีรูปร่างซับซ้อน เพื่อลอยแผ่นไมลาร์บาง ๆ ที่ความดันต่ำในห้องสุญญากาศ ในไม่ช้า microflyers ของพวกเขา
อาจอนุญาตให้นักวิจัยสำรวจส่วนที่เข้าใจได้ไม่ดีที่สุด
แห่งหนึ่งของชั้นบรรยากาศของโลกในรายละเอียดที่ไม่เคยปรากฏมาก่อนมีโซสเฟียร์ตั้งอยู่เหนือพื้นผิวโลก 50-80 กม. เป็นดินแดนที่ไม่มีมนุษย์สำหรับการบินอย่างยั่งยืน ที่ระดับความสูงเหล่านี้ ความหนาแน่นของอากาศต่ำเกินไปที่จะสร้างแรงยกให้กับเครื่องบิน แต่ก็ยังสูงพอที่ดาวเทียมบนอวกาศจะประสบกับแรงลากและการเผาไหม้ที่ไม่ยั่งยืน ทางออกหนึ่งที่เกิดขึ้นใหม่คือการใช้การเคลื่อนไหวที่ขับเคลื่อนด้วยแสงหรือที่เรียกว่าโฟโตโฟรีซิสเป็นกลไกขับเคลื่อนทางเลือก มีการสังเกตผลกระทบอย่างกว้างขวางในอนุภาคขนาดเล็ก เช่น ละอองลอยในชั้นบรรยากาศ เมื่อส่องสว่างด้วยลำแสงที่มีความเข้มข้นเหมาะสม ลำแสงจะเคลื่อนที่เนื่องจากการกระจายอุณหภูมิที่ไม่สม่ำเสมอซึ่งก่อตัวขึ้นในอากาศโดยรอบ
Azadi และเพื่อนร่วมงานตั้งเป้าที่จะใช้โฟโตโฟรีซิสเพื่อลอยวัตถุที่มีขนาดใหญ่กว่ามาก โดยเริ่มจากการออกแบบโดยใช้ฟิล์มไมลาร์ทรงกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 6 มม. และหนา 500 นาโนเมตร ที่ด้านล่างของดิสก์ พวกเขาวางท่อนาโนคาร์บอนที่พันกันเป็นชั้นหนา 300 นาโนเมตร ทำให้เกิดเครือข่ายดักอากาศขนาดเล็กมาก จากนั้นจึงวางโครงสร้างไว้ในห้องสุญญากาศ และลดความดันอากาศให้เหลือ 10 Pa ซึ่งเป็นเพียงเศษเสี้ยวของความดันบรรยากาศที่พบบนพื้นผิวโลก (ประมาณ 100 kPa)
แรงขึ้นสุทธิในการทำให้ดิสก์ลอยขึ้นได้
นักวิจัยได้ให้ความสว่างกับดิสก์ด้วยความเข้มของแสงที่เทียบได้กับแสงแดด ทำให้พวกเขาร้อนในอากาศรอบข้างที่เบาบาง ด้านล่าง โมเลกุลของอากาศที่ติดกับท่อนาโนคาร์บอนจะได้รับความร้อนนานกว่าที่อยู่ด้านบนของดิสก์ เป็นผลให้โมเลกุลเหล่านี้มีความเร็วสูงขึ้นเมื่อพวกมันหนีออกจากกับดักในที่สุด ทำให้เกิดแรงสุทธิขึ้น ลำแสงรถแทรกเตอร์โซนิคจับวัตถุขนาดใหญ่
เพื่อควบคุมเส้นทางการบินของเครื่องบิน Azadi และเพื่อนร่วมงานได้ออกแบบกับดักแสงโดยใช้สนามแสงที่มีรูปร่างพิเศษ ที่ศูนย์กลางของลำแสง ความเข้มของแสงสูงพอที่จะทำให้ดิสก์ลอยได้ ทว่ารอบๆ บริเวณนี้ วงแหวนที่มีความเข้มแสงสูงกว่าดันดิสก์กลับเข้าหาศูนย์กลางเมื่อเส้นทางของพวกมันเบี่ยงเบน ในที่สุด นักวิจัยได้สร้างแบบจำลองทางทฤษฎีจากผลลัพธ์ของพวกเขา ทำให้พวกเขาคาดการณ์ได้ว่าแรงยกที่เกิดจากไมโครฟลายเออร์อาจมีขนาดใหญ่กว่าน้ำหนักของมันหลายเท่า
ด้วยการพัฒนาที่มากขึ้น แนวคิดนี้สามารถช่วยให้เครื่องบินราคาประหยัดสามารถบินได้อย่างยั่งยืนที่ระดับความสูงตั้งแต่ 50-100 กม. และสามารถบรรทุกสัมภาระได้มากถึง 10 มก. ความสามารถในการบรรทุกสินค้าของพวกเขาอาจเพิ่มขึ้นไปอีกหากไมโครฟลายเออร์หลายร้อยตัวรวมเข้าด้วยกันด้วยเส้นใยคาร์บอนน้ำหนักเบา ทำให้สามารถพกพาอุปกรณ์ต่างๆ เช่น เซ็นเซอร์ตรวจจับฝุ่นอัจฉริยะ และอุปกรณ์เพื่อติดตามรูปแบบการหมุนเวียนของบรรยากาศ ในที่สุด สิ่งนี้จะเป็นการเปิดขอบเขตการวิจัยใหม่ๆ ในส่วนที่เข้าใจกันน้อยที่สุดในชั้นบรรยากาศของโลก
ในการสร้างการดำเนินการที่มีความสว่างสูง
ที่จำเป็นสำหรับการใช้งาน Lidar ทีมงานของ Noda ได้สร้าง PCSEL แบบ double-lattice ซึ่งประกอบด้วยโครงสร้างตาข่ายสี่เหลี่ยมจัตุรัสสองชุดที่มีความลึกและขนาดรูอากาศต่างกัน อุปกรณ์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 500 µm มีประสิทธิภาพความชัน 0.8 W/A และความแตกต่างของลำแสงแคบมากที่ 0.1°
PCSEL แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพด้านอุณหภูมิที่เหนือกว่าสำหรับเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ทั่วไป โดยทำงานระหว่าง -40 ถึง 100 °C โดยขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของกำลังเอาต์พุตและความยาวคลื่นเลเซอร์ที่ -0.36%/K และ 0.08 นาโนเมตร/K การตรวจสอบการแพร่กระจายของแสงที่ปราศจากเลนส์จาก PCSEL เหล่านี้พบว่าสามารถสร้างลำแสงขนาดเล็ก (5 ซม.) ที่ระยะห่างสูงสุด 30 ม. เลเซอร์ Fabry–Pérot ทั่วไปไม่สามารถส่งลำแสงได้ในระยะ 10 เมตรหรือไกลกว่านั้น
Lidar ที่ใช้ PCSEL ทีมงานใช้ PCSEL แบบตาข่ายคู่นี้เพื่อสร้างระบบลิดาร์ Noda ชี้ให้เห็นว่าแม้ว่าเลเซอร์ทั่วไปที่ใช้ใน lidar ต้องใช้ระบบเลนส์ที่ซับซ้อนและกระจกแบบกลไกเพื่อบังคับลำแสง PCSEL ให้การควบคุมลำแสงที่ไม่ต้องใช้เลนส์และไม่ต้องปรับ
Noda แชร์วิดีโอที่แสดงความสามารถของ Lidar ที่ใช้ PCSEL ในการวัดระยะห่างของวัตถุ ในกรณีนี้ นักวิจัยสองคน ขณะที่พวกเขาเดินไปที่ระบบลิดาร์ มันจะตรวจจับการเคลื่อนไหวของพวกเขาได้อย่างแม่นยำในแบบเรียลไทม์ นอกจากนี้ยังสามารถติดตามการเปลี่ยนแปลงระยะทางที่น้อยลง เช่น การแกว่งแขนหรือการเคลื่อนไหวของมือ
ทีมงานยังได้สาธิตการสแกนด้วยลำแสงอิเล็กทรอนิกส์แบบ 2 มิติโดยอิงจากการออกแบบชิปที่มี PCSEL ที่มอดูเลตแบบคู่ซึ่งรวมอยู่ในอาร์เรย์ 10 × 10
การประมวลผลด้วยเลเซอร์สำหรับการใช้งานการประมวลผลด้วยเลเซอร์ PCSELs จำเป็นต้องมีการย่อขนาดและประสิทธิภาพสูง เพื่อจัดการกับข้อจำกัดของ CO 2และไฟเบอร์เลเซอร์ การใช้ PCSEL แบบ ultracompact “การสร้างระบบประมวลผลด้วยเลเซอร์แบบใช้มือถือสามารถทำได้” Noda กล่าว
จำเป็นต้องมีสามขั้นตอนเพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ เขาอธิบาย: การสร้าง PCSEL ขนาด 1 มม., 10 W ที่มีคุณภาพลำแสงสูง ขยายอุปกรณ์เป็น 3 มม. เพื่อให้ได้กำลังขับสูงสุด 100 W; และพัฒนาเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์และความเย็นที่เกี่ยวข้อง
Credit : perulionsclubnewyork.org petermazz.com phicomputer.com photoshopdersi.net
