Znanstvenici na Nanyang Technological University (NTU) u Singapuru postigli su veliki proboj u fotoniku razvijajući energiju - učinkovit ultrakompakt laser koji obećava da će transformirati sljedeće - bežične komunikacije i integrirane fotoničke sustave. Manji od zrna pijeska, ovaj se laser bavi trajnim izazovom u minijaturnom laserskom dizajnu: gubitak svjetlosti.
Kako se laseri smanjuju, energija ima tendenciju da pobjegne iz šupljine i nesavršenosti u fotonskim kristalnim strukturama pogoršava raspršivanje, smanjujući učinkovitost i ograničavajući praktične primjene. Ova inovacija nudi rješenje minimiziranjem ovih gubitaka uz održavanje dovoljne emisije svjetlosti za upotrebu u stvarnim - svjetskim tehnologijama, što potencijalno omogućuje širok raspon aplikacija koje su prethodno bile nepraktične.
Istraživački tim NTU -a, na čelu s profesorom Wangom Qijieom i dr. Cui Jieyuanom, pristupio je ovom izazovu preispitivanjem dizajna laserske šupljine. Njihovo rješenje kombinira dva napredna koncepta u fotoniku: ravni opseg i multi - vezana stanja u kontinuumu (BIC).
Ravni opseg su energetski opsezi u kojima svjetlosni valovi doživljavaju blizu - nula grupne brzine, ograničavajući energiju unutar vodoravne ravnine šupljine. Ovaj pristup osigurava da se svjetlost ne može nekontrolirano širiti po strukturi, pomažući u održavanju intenziteta i fokusa.
Multi - BICS, s druge strane, smanjuju gubitak svjetlosti u vertikalnom smjeru, učinkovito stvarajući tri - dimenzionalno ograničenje koje omogućava laseru da emitira dovoljno svjetla bez trošenja energije.
Integrirajući ova dva koncepta, istraživači su razvili lasersku šupljinu koja minimizira istjecanje energije u svim smjerovima, označavajući značajno poboljšanje u odnosu na tradicionalne minijaturne laserske dizajne i postavljajući novi standard za kompaktne fotonske uređaje.
Fizička struktura lasera jednako je inovativna kao i njegov konceptualni temelj. Tim NTU stvorio je periodični aranžman Daisy - u obliku zrakoplovnih rupa unutar poluvodičkog fotonskog kristala, koji je zasjenjen između dva sloja zlata.
Ova konfiguracija djeluje kao vrlo učinkovita zamka za svjetlost, smanjenje raspršivanja i curenja. Pažljivi dizajn oblika zraka i rasporeda rešetke središnji je za visoku učinkovitost lasera, osiguravajući koncentriranje energije tamo gdje je potrebna i da su gubici minimizirani.
Ovaj precizni inženjering predstavlja vrhunac teorijskog modeliranja, materijalnih znanosti i tehnika nanofabrikacije, pokazujući kako interdisciplinarna suradnja može donijeti proboj u naprednim tehnologijama. Istraživači vjeruju da ove tehnike također mogu potaknuti buduće razvoje minijaturiziranih optičkih krugova i fotonskih senzora.
Jedan od najperspektivnijih aspekata ovog ultrakompakta lasera je njegov operativni asortiman. Funkcionirajući u regiji Terahertz, između 30 mikrometara i 3 milimetra, usklađuje se s frekvencijskim spektrom koji se očekuje za 6G komunikacijski sustavi. Njegova kompaktna veličina i mala potrošnja energije čine ga idealnim kandidatom za integraciju u sljedeće - bežične mreže generacije, nosive uređaje, optičke računalne platforme i druge tehnologije u nastajanju koje zahtijevaju male, učinkovite izvore svjetlosti.
Štoviše, dizajn je svestran; Podešavanjem veličine zračnih rupa i konstante rešetke, laser se može prilagoditi emitiranju svjetla u drugim valnim duljinama, uključujući blizu - infracrvenog i vidljivog svjetla.
Ova fleksibilnost otvara nove mogućnosti za istraživanje i razvoj integrirane fotonike i mogla bi dovesti do nove klase prilagodljivih, visokih - lasera za performanse, što ih čini prikladnim za medicinsko snimanje, senzor okoliša i industrijske primjene.
Objavljeno u Nature Photonics Početkom ove godine, ovaj razvoj predstavlja glavnu prekretnicu u potrazi za energijom - učinkovitim, minijaturiziranim izvorima svjetlosti. Kako potražnja raste za brže, pouzdaniju bežičnu komunikaciju i sofisticirane optičke tehnologije, rješenja poput NTU UltracomPat -a lasera mogla bi postati temeljne komponente digitalne infrastrukture.
Baveći se temeljnim pitanjem gubitka svjetlosti u minijaturnim laserskim sustavima, istraživači NTU -a utrlili su put praktičnim, skalabilnim i visokim - Performance Photonic uređajima koji mogu redefinirati mogućnosti komunikacije sljedeće -.
