In een laboratorium bij het USC, Mercedeh Khajavikhan ontwerpt nieuwe structuren die de vorm van licht veranderen terwijl het wordt getransporteerd. Ze creëert baanbrekende structuren in een wetenschapsgebied dat fotonica wordt genoemd. Haar werk is belangrijk omdat het invloed heeft op veel dingen die in het dagelijks leven worden gebruikt, inclusief lasers voor beeldvorming en detectie, glasvezelkabels voor geavanceerde communicatie en computerchips om de verwerkingscapaciteit te vergroten tot een niveau waar eerdere generaties niet van hadden kunnen dromen.

We hebben Khajavikhan ingehaald, de IBM Early Career Chair en universitair hoofddocent elektrische en computertechniek aan de USC Viterbi School of Engineering, om te praten over het project waar haar team aan werkt.

Waar werk je aan?

Ons laboratorium doet onderzoek dat geavanceerde theorieën op het gebied van wiskunde en natuurkunde combineert met fotonica om nieuwe technische ontwerpen te creëren die licht vormen op manieren die we niet zouden kunnen doen zonder de twee velden te combineren.

Wat is fotonica?

Fotonica is een relatief nieuw wetenschapsgebied dat ongeveer 100 jaar oud is. Het draait allemaal om licht:nieuwe soorten lasers, holografische stromen, licht dat informatie doorgeeft, verschillende manieren om licht te projecteren en over structuren heen te gebruiken. Het gaat over het veranderen van structuren aan de grenzen van de optica, dat alles symmetrisch moet zijn. Als je daar overheen komt, dan krijg je nieuwe mogelijkheden om licht efficiënter te laten bewegen dan standaardlasers.

Wat is een 'actief fotonisch systeem'?

Actieve fotonische systemen zijn materialen die worden gebruikt om licht te manipuleren, en ze zijn belangrijker voor het moderne leven dan mensen beseffen. Bij medische apparaten, ze kunnen worden gebruikt om de waarneming en het verzamelen van gegevens te verbeteren. Wanneer geïmplementeerd in halfgeleiders, ze vergroten de rekenkracht enorm. Ze spelen een belangrijke rol in de navigatie, waar fotonische gyroscopen verbeterde GPS-mogelijkheden bieden. Licht kan zelfs worden gemanipuleerd voor optische gegevensoverdracht. In feite, sommige nieuwe vormen van gedraaide lichtbundels zouden de snelheid van onze huidige glasvezels totaal achterhaald kunnen maken.

Wat voor soort bedrijven zijn geïnteresseerd in dit onderzoek?

Fotonica speelt een belangrijke rol in zoveel technologieën, dus je kunt je voorstellen dat veel industrieën geïnteresseerd zijn; alles van communicatie, transport en defensie, naar vermaak, Gezondheid, en fabricage. Het is moeilijk voor te stellen dat er veel technische gebieden zijn die niet direct profiteren van fotonica-onderzoek. Elke denkbare branche zou direct profiteren van kleinere, slimmer, meer programmeerbare technologie - fotonica is daarbij essentieel.

Een specifiek gebied dat opvalt, is de productie van halfgeleiders. Vandaag, de Verenigde Staten lopen het risico achterop te raken bij onze concurrenten - met grote gevolgen voor onze economie en veiligheid.

Wat is je doel met onderzoek?

Om de grenzen van de wetenschap te verleggen. Wat mij het meest interesseert, is kennis opdoen, want kennis is iets prachtigs. Ik hou van de uitdaging, en fotonica is een veld waar je de grenzen kunt verleggen om niet-symmetrisch licht te maken - hoeveel je de structuur ervan kunt vervormen en toch zijn vorm kunt behouden.

Wat bracht je naar techniek in plaats van naar traditionele natuurkunde?

Ik wilde natuurkundige worden, maar mijn vader zei dat je techniek moest studeren, want anders eindig je als leraar op een middelbare school. Door te werken in elektrofysica elektrotechniek, we zijn in staat om real-world toepassingen te maken. Het USC is hiervoor een goede plek omdat er veel docenten zijn.

Waar gaat je laatste onderzoek over?

We publiceerden een paper in Natuurfysica dat laat zien hoe we een nooit eerder vertoonde vorm van licht hebben gebouwd. Het creëren van een nieuwe vorm van licht kan worden gezien als iets als het schrijven van een nieuw algoritme of een nieuw stuk computercode; het heeft het potentieel om tot een groot aantal technologische vooruitgang te leiden, afhankelijk van hoe creatief de ingenieur is. Het is mogelijk dat onze lichte vorm, en anderen vinden het leuk zal op een dag de aard van communicatie helpen veranderen, computergebruik, transport of een aantal andere industrieën waarop de samenleving elke dag vertrouwt.

Hoe beter we worden in het bouwen van deze materialen, en hoe creatiever we erover nadenken, hoe meer we kunnen doen. Je zou aan fotonische systemen kunnen denken als zoiets als Lego. Met Lego kun je geweldige dingen bouwen, ook al sluiten de stukken maar aan twee kanten op elkaar aan en altijd op dezelfde manier. Maar als je op een dag stukken zou uitvinden die in staat waren om aan alle kanten te verbinden en te bewegen en van kleur te veranderen, je zou dingen kunnen doen die je nooit eerder had gedacht. Dat is wat ik zo leuk vind aan fotonische systemen:elke nieuwe structuur die we ontwerpen en elk nieuw materiaal dat we bouwen, opent voorheen onvoorstelbare mogelijkheden.