Oamenii de știință de la Nanyang Technological University (NTU) din Singapore au obținut o descoperire majoră în fotonică prin dezvoltarea unei energii - laser ultracompact eficient care promite să transforme următorul - generare de comunicare wireless și sisteme fotonice integrate. Mai mic decât un bob de nisip, acest laser abordează o provocare persistentă în designul laser în miniatură: pierderea luminii.
Pe măsură ce laserele se micșorează, energia tinde să scape de cavitatea și imperfecțiunile din structurile cristaline fotonice agravează împrăștierea, reducând eficiența și limitând aplicațiile practice. Această inovație oferă o soluție prin minimizarea acestor pierderi, menținând în același timp o emisie de lumină suficientă pentru utilizare în tehnologiile mondiale -, permițând potențial o gamă largă de aplicații care anterior impracticale.
Echipa de cercetare NTU, condusă de profesorul Wang Qijie și Dr. Cui Jieyuan, a abordat această provocare prin reimaginarea proiectării cavității laser. Soluția lor combină două concepte avansate în fotonică: benzi plate și stări legate multi - în continuum (BIC).
Benzile plate sunt benzi de energie în care undele de lumină se confruntă în apropierea - viteza grupului zero, limitarea energiei în planul orizontal al cavității. Această abordare asigură că lumina nu se răspândește necontrolat în structură, contribuind la menținerea intensității și concentrării.
Multi - bics, pe de altă parte, reduc pierderea luminii în direcția verticală, creând efectiv o închisoare dimensională de trei - care permite ca laserul să emită o lumină suficientă fără a irosi energie.
Prin integrarea acestor două concepte, cercetătorii au dezvoltat o cavitate laser care minimizează scurgerea de energie în toate direcțiile, marcând o îmbunătățire semnificativă față de proiectele tradiționale laser în miniatură și stabilind un nou standard pentru dispozitivele fotonice compacte.
Structura fizică a laserului este la fel de inovatoare ca fundamentul său conceptual. Echipa NTU a creat un aranjament periodic al găurilor de aer în formă de Daisy - într -un cristal fotonic semiconductor, care este întrerupt între două straturi de aur.
Această configurație acționează ca o capcană extrem de eficientă pentru lumină, reducând împrăștierea și scurgerea. Proiectarea atentă a formelor de aer și a aranjamentului de zăbrele este central pentru eficiența ridicată a laserului, asigurându -se că energia este concentrată acolo unde este necesară și pierderile sunt reduse la minimum.
Această inginerie precisă reprezintă un punct culminant al modelării teoretice, al tehnicilor de știință materială și nanofabricare, care demonstrează modul în care colaborarea interdisciplinară poate produce descoperiri în tehnologii avansate. Cercetătorii consideră că aceste tehnici pot inspira, de asemenea, evoluțiile viitoare ale circuitelor optice miniaturizate și senzorilor fotonici.
Unul dintre cele mai promițătoare aspecte ale acestui laser ultracompact este gama sa operațională. Funcționând în regiunea Terahertz, între 30 de micrometri și 3 milimetri, se aliniază cu spectrul de frecvență așteptat pentru sistemele de comunicare 6G. Dimensiunea sa compactă și consumul redus de energie îl fac un candidat ideal pentru integrare în următoarele - rețele wireless de generație, dispozitive purtabile, platforme de calcul optic și alte tehnologii emergente care necesită surse de lumină mici și eficiente.
Mai mult, designul este versatil; Prin reglarea dimensiunii găurilor de aer și constanta de zăbrele, laserul poate fi adaptat pentru a emite lumină în alte lungimi de undă, inclusiv aproape - lumină infraroșu și vizibilă.
Această flexibilitate deschide noi posibilități de cercetare și dezvoltare în fotonică integrată și ar putea duce la o nouă clasă de lasere personalizabile, ridicate -}, ceea ce le face potrivite pentru imagini medicale, detectarea mediului și aplicații industriale.
Publicat în Nature Photonics la începutul acestui an, această dezvoltare reprezintă o etapă majoră în căutarea energiei - surse de lumină eficiente și miniaturizate. Pe măsură ce cererea crește pentru o comunicare wireless mai rapidă și mai fiabilă și tehnologii optice mai sofisticate, soluții precum NTU UltraCompact Laser ar putea deveni componente fundamentale ale infrastructurii digitale.
Prin abordarea problemei fundamentale a pierderii de lumină în sistemele cu laser în miniatură, cercetătorii NTU au deschis calea pentru dispozitive fotonice practice, scalabile și mari - performanță care pot redefini capacitățile următoarei tehnologii de comunicare și calculare a generației.
