Para saintis di Nanyang Technological University (NTU) di Singapura telah mencapai kejayaan besar dalam fotonik dengan membangunkan tenaga - laser ultracompact yang cekap yang menjanjikan untuk mengubah komunikasi tanpa wayar generasi seterusnya - dan sistem fotonik bersepadu. Lebih kecil daripada sebutir pasir, laser ini menangani cabaran berterusan dalam reka bentuk laser kecil: kehilangan cahaya.
Apabila laser mengecut, tenaga cenderung melarikan diri dari rongga dan ketidaksempurnaan dalam struktur kristal fotonik memburukkan lagi penyebaran, mengurangkan kecekapan dan mengehadkan aplikasi praktikal. Inovasi ini menawarkan penyelesaian dengan meminimumkan kerugian ini sambil mengekalkan pelepasan cahaya yang mencukupi untuk digunakan dalam teknologi dunia -, yang berpotensi membolehkan pelbagai aplikasi yang sebelum ini tidak praktikal.
Pasukan penyelidikan NTU, yang diketuai oleh Profesor Wang Qijie dan Dr. Cui Jieyuan, mendekati cabaran ini dengan mengulangi reka bentuk rongga laser. Penyelesaian mereka menggabungkan dua konsep lanjutan dalam fotonik: band rata dan multi - terikat keadaan dalam kontinum (BIC).
Band flat adalah band tenaga di mana gelombang cahaya pengalaman berhampiran - halaju kumpulan sifar, mengurung tenaga dalam satah mendatar rongga. Pendekatan ini memastikan bahawa cahaya tidak menyebar tidak terkawal di seluruh struktur, membantu mengekalkan keamatan dan fokus.
Multi - Bics, sebaliknya, mengurangkan kehilangan cahaya dalam arah menegak, dengan berkesan mencipta kurungan dimensi tiga - yang membolehkan laser memancarkan cahaya yang mencukupi tanpa membuang tenaga.
Dengan mengintegrasikan kedua -dua konsep ini, para penyelidik telah membangunkan rongga laser yang meminimumkan kebocoran tenaga ke semua arah, menandakan peningkatan yang signifikan ke atas reka bentuk laser miniatur tradisional dan menetapkan standard baru untuk peranti fotonik padat.
Struktur fizikal laser sama seperti inovatif sebagai asas konseptualnya. Pasukan NTU mencipta susunan berkala Daisy - lubang udara berbentuk dalam kristal fotonik semikonduktor, yang diapit di antara dua lapisan emas.
Konfigurasi ini bertindak sebagai perangkap yang sangat berkesan untuk cahaya, mengurangkan penyebaran dan kebocoran. Reka bentuk yang teliti dari bentuk udara dan susunan kisi adalah pusat kecekapan tinggi laser, memastikan tenaga tertumpu di mana ia diperlukan dan kerugian diminimumkan.
Kejuruteraan yang tepat ini merupakan kemuncak pemodelan teoritis, sains bahan dan teknik nanofabrication, menunjukkan bagaimana kerjasama interdisipliner dapat menghasilkan kejayaan dalam teknologi canggih. Penyelidik percaya bahawa teknik -teknik ini juga boleh memberi inspirasi kepada perkembangan masa depan dalam litar optik mini dan sensor fotonik.
Salah satu aspek yang paling menjanjikan dari laser ultracompact ini adalah julat operasinya. Berfungsi di rantau Terahertz, antara 30 mikrometer dan 3 milimeter, ia sejajar dengan spektrum frekuensi yang dijangka untuk sistem komunikasi 6g. Saiz padat dan penggunaan tenaga yang rendah menjadikannya calon yang ideal untuk integrasi ke dalam rangkaian wayarles generasi - seterusnya, peranti yang boleh dipakai, platform pengkomputeran optik dan teknologi baru muncul yang memerlukan sumber cahaya yang kecil dan cekap.
Selain itu, reka bentuknya serba boleh; Dengan menyesuaikan saiz lubang udara dan pemalar kisi, laser boleh disesuaikan untuk memancarkan cahaya dalam panjang gelombang lain, termasuk berhampiran - cahaya inframerah dan kelihatan.
Fleksibiliti ini membuka kemungkinan baru untuk penyelidikan dan pembangunan dalam fotonik bersepadu dan boleh membawa kepada kelas baru laser prestasi yang disesuaikan, tinggi -, menjadikannya sesuai untuk pengimejan perubatan, penderiaan alam sekitar dan aplikasi perindustrian.
Diterbitkan dalam Nature Photonics pada awal tahun ini, perkembangan ini merupakan peristiwa penting dalam usaha untuk tenaga - sumber cahaya yang miniatur. Memandangkan permintaan tumbuh lebih cepat, komunikasi tanpa wayar yang lebih dipercayai dan teknologi optik yang lebih canggih, penyelesaian seperti laser Ultracompact NTU boleh menjadi komponen asas infrastruktur digital.
Dengan menangani isu asas kehilangan cahaya dalam sistem laser mini, penyelidik NTU telah membuka jalan bagi peranti fotonik prestasi praktikal, berskala dan tinggi - yang boleh mentakrifkan semula keupayaan teknologi komunikasi dan pengkomputeran seterusnya.
