Singaporen Nanyangin teknologisen yliopiston (NTU) tutkijat ovat saavuttaneet suuren fotoniikan läpimurron kehittämällä energiaa - tehokas ultrakompaakti laser, joka lupaa muuttaa seuraavaksi - Generation Langaton viestintä ja integroidut fotoniset järjestelmät. Pienempi kuin hiekan vilja, tämä laser käsittelee pysyvää haastetta pienoislaserisuunnittelussa: kevyt menetys.
Laserien kutistuessa energialla on taipumus paeta fotonisten kiderakenteiden ontelosta ja epätäydellisyydestä pahentavat sirontaa, vähentämällä tehokkuutta ja rajoittavat käytännön sovelluksia. Tämä innovaatio tarjoaa ratkaisun minimoimalla nämä tappiot säilyttäen samalla riittävästi valopäästöä käytettäväksi todellisessa - maailmantekniikassa, mikä mahdollisesti mahdollistaisi monenlaisia sovelluksia, jotka olivat aiemmin epäkäytännöllisiä.
Professori Wang Qijien ja tohtori Cui Jieyuanin johtama NTU: n tutkimusryhmä lähestyi tätä haastetta uudelleen kuvittelemalla laserontelon suunnittelua. Niiden ratkaisu yhdistää kaksi edistynyttä konseptia fotoniikassa: litteät kaistat ja multi - sidotut tilat jatkumossa (BIC).
Litteät nauhat ovat energiakaistat, joissa kevyet aaltokokemukset ovat lähellä - nolla -ryhmän nopeutta, rajoittaen energiaa ontelon vaakatasoon. Tämä lähestymistapa varmistaa, että valo ei leviä hallitsemattomasti rakenteessa, mikä auttaa ylläpitämään voimakkuutta ja keskittymistä.
Multi - BICS, toisaalta, vähentävät valonmenetystä pystysuunnassa, luomalla tehokkaasti kolmen - mittasuhteen, joka antaa laserille mahdollisuuden päästä riittävästi valoa tuhlaamatta energiaa.
Integroimalla nämä kaksi käsitettä tutkijat ovat kehittäneet laserontelon, joka minimoi energiavuodot kaikkiin suuntiin, mikä merkitsee merkittävää parannusta perinteisiin pienoislaserien malliin ja asettamalla uuden standardin kompakteille fotonisille laitteille.
Laserin fyysinen rakenne on yhtä innovatiivinen kuin sen käsitteellinen perusta. NTU -joukkue loi jaksollisen Daisy -järjestelyn - muotoiltujen ilmareiän puolijohdefotonisen kristallin sisällä, joka on kerrostettu kahden kultakerroksen väliin.
Tämä kokoonpano toimii erittäin tehokkaana ansaan valon vähentämiselle, sironnan ja vuotojen vähentämiselle. Ilmapyörän muotojen ja hilajärjestelyn huolellinen suunnittelu on keskeinen laserin korkea hyötysuhde, varmistaen, että energia on keskittynyt siihen, missä sitä tarvitaan ja häviöt minimoidaan.
Tämä tarkka tekniikka edustaa teoreettisen mallinnuksen, materiaalitieteen ja nanobrikoinnin tekniikoiden huipentumista, mikä osoittaa, kuinka monitieteinen yhteistyö voi tuottaa läpimurtoja edistyneissä tekniikoissa. Tutkijoiden mielestä nämä tekniikat voivat inspiroida myös tulevaisuuden kehitystä pienikokoisissa optisissa piireissä ja fotonisissa antureissa.
Yksi tämän ultrakompaakti laser lupaavimmista näkökohdista on sen toiminta -alue. Toiminta terahertsialueella, välillä 30 mikrometriä ja 3 millimetriä, se kohdistuu 6G -viestintäjärjestelmien odotettavissa olevan taajuusspektriin. Sen kompakti koko ja pieni energiankulutus tekevät siitä ihanteellisen ehdokkaan integrointiin seuraavaan - generation langattomiin verkkoihin, puettaviin laitteisiin, optisiin laskentaalustoihin ja muihin nouseviin tekniikoihin, jotka vaativat pieniä, tehokkaita valonlähteitä.
Lisäksi muotoilu on monipuolinen; Säätämällä ilmanreikien koko ja hilavakio, laser voidaan mukauttaa pääsemään valoa muilla aallonpituuksilla, mukaan lukien - infrapuna ja näkyvä valo.
Tämä joustavuus avaa uusia mahdollisuuksia integroidun fotoniikan tutkimukseen ja kehitykseen ja voi johtaa uuteen luokkaan muokattavissa olevia, korkeat - suorituslaserit, mikä tekee niistä sopivia lääketieteelliseen kuvantamiseen, ympäristötutkimukseen ja teollisiin sovelluksiin.
Aikaisemmin tänä vuonna Nature Photonics -julkaisussa tämä kehitys on merkittävä virstanpylväs energian - tehokkaiden, miniatyrisoitujen valonlähteiden etsinnässä. Kun kysyntä kasvaa nopeamman, luotettavamman langattoman viestinnän ja kehittyneempien optisten tekniikoiden suhteen, NTU: n ultrakompakti laserin kaltaisista ratkaisuista voisi tulla digitaalisen infrastruktuurin peruskomponentteja.
Käsittelemällä pienoislaserjärjestelmien valonmenetyksen peruskysymystä, NTU -tutkijat ovat tasoittaneet tietä käytännöllisille, skaalautuville ja korkealle - suorituskykyfotonisille laitteille, jotka voivat määritellä seuraavan - sukupolven viestintä- ja laskentatekniikan ominaisuudet.
