Naukowcy z Nanyang Technological University (NTU) w Singapurze osiągnęli poważny przełom w fotonice, opracowując energię - Efektywne ultakompaktowe laser, który obiecuje przekształcić następną komunikację bezprzewodową generacji i integrowane systemy fotoniczne. Ten laser, mniejszy niż ziarno piasku, rozwiązuje trwałe wyzwanie w miniaturowym designie laserowym: utrata światła.
Gdy lasery kurczą się, energia ma tendencję do ucieczki od wnęki i niedoskonałości w fotonicznych strukturach krystalicznych zaostrzania rozpraszania, zmniejszania wydajności i ograniczania praktycznych zastosowań. Ta innowacja oferuje rozwiązanie, minimalizując te straty przy jednoczesnym utrzymaniu wystarczającej emisji światła do użytku w realnych technologiach światowych -, potencjalnie umożliwiając szeroką gamę aplikacji, które wcześniej były niepraktyczne.
Zespół badawczy NTU, kierowany przez profesora Wanga Qijie i dr Cui Jieyuan, podszedł do tego wyzwania, ponownie, ponownie wyobrażając sobie projekt jamy laserowej. Ich rozwiązanie łączy dwie zaawansowane koncepcje w fotonikach: płaskie pasma i stany związane z wieloma- w kontinuum (BIC).
Płaskie pasma są pasmami energetycznymi, w których fale światła doświadczają w pobliżu - prędkości grupy zerowej, ograniczając energię w poziomej płaszczyźnie jamy. Takie podejście zapewnia, że światło nie rozprzestrzenia się w sposób niekontrolowany na całej strukturze, pomagając utrzymać intensywność i skupienie.
Z drugiej strony multi - zmniejszają utratę światła w kierunku pionowym, skutecznie tworząc zamknięcie trzech -, które pozwala laserowi na emitowanie wystarczającej ilości światła bez marnowania energii.
Integrując te dwa koncepcje, naukowcy opracowali wnękę laserową, która minimalizuje wyciek energii we wszystkich kierunkach, oznaczając znaczącą poprawę w stosunku do tradycyjnych miniaturowych projektów laserowych i ustalając nowy standard dla kompaktowych urządzeń fotonicznych.
Fizyczna struktura lasera jest tak samo innowacyjna jak jego fundament koncepcyjny. Zespół NTU stworzył okresowy układ stokrotki - okrętów w kształcie półprzewodnikowego kryształu fotonicznego, który jest umieszczony między dwiema warstwami złota.
Ta konfiguracja działa jako wysoce skuteczna pułapka na światło, zmniejszając rozpraszanie i wyciek. Dokładne zaprojektowanie kształtów otworu powietrznego i układu sieci ma kluczowe znaczenie dla wysokiej wydajności lasera, zapewniając, że energia jest skoncentrowana tam, gdzie jest potrzebna, a straty są zminimalizowane.
Ta precyzyjna inżynieria reprezentuje kulminację modelowania teoretycznego, nauki materialnej i nanofabrykacji, pokazując, w jaki sposób interdyscyplinarna współpraca może przynieść przełom w zaawansowanych technologiach. Naukowcy uważają, że techniki te mogą również zainspirować przyszłe rozwój miniaturyzowanych obwodów optycznych i czujników fotonicznych.
Jednym z najbardziej obiecujących aspektów tego ultrakompaktowego lasera jest jego zasięg operacyjny. Działając w regionie Terahertz, od 30 mikrometrów do 3 milimetrów, jest zgodna z widmem częstotliwości oczekiwanym dla systemów komunikacyjnych 6G. Jego kompaktowy rozmiar i niskie zużycie energii sprawiają, że jest idealnym kandydatem do integracji z sieciami bezprzewodowymi - generacji, urządzeniami do noszenia, optycznych platform obliczeniowych i innych rozwijających się technologii, które wymagają małych, wydajnych źródeł światła.
Ponadto projekt jest wszechstronny; Dostosowując rozmiar otworów powietrznych i stałą sieci, laser można dostosować do emisji światła w innych długościach fal, w tym blisko - światło w podczerwieni i światło widzialne.
Ta elastyczność otwiera nowe możliwości badań i rozwoju zintegrowanej fotoniki i może prowadzić do nowej klasy konfigurowalnych, wysokich -, co czyni je odpowiednimi do obrazowania medycznego, wykrywania środowiska i zastosowań przemysłowych.
Opublikowane w Nature Photonics na początku tego roku, rozwój ten stanowi główny kamień milowy w poszukiwaniu energii - wydajnych, zminiaturyzowanych źródeł światła. W miarę wzrostu zapotrzebowania na szybszą, bardziej niezawodną komunikację bezprzewodową i bardziej wyrafinowane technologie optyczne, rozwiązania takie jak laser NTU Ultracompact mogą stać się podstawowymi elementami infrastruktury cyfrowej.
Zajmując podstawową kwestię utraty światła w miniaturowych systemach laserowych, badacze NTU utorowali drogę do praktycznych, skalowalnych i wysokich - urządzeń fotonicznych, które mogą na nowo zdefiniować możliwości następnego - generacji i technologii obliczeniowych.
