Wissenschaftler der Nanyang Technological University (NTU) in Singapur haben einen wichtigen Durchbruch in der Photonik erzielt, indem sie eine Energie entwickelt haben, die eine effiziente ultrakompakte Laserin, die verspricht, als nächstes - -Dergenerierung drahtlose Kommunikation und integrierte Photonasysteme zu transformieren. Dieser Laser ist kleiner als ein Sandkorn, in dem sie eine anhaltende Herausforderung im Miniaturlaserdesign angeht: Lichtverlust.
Wenn Laser schrumpfen, entkommt die Energie in den photonischen Kristallstrukturen die Streuung, die Verringerung der Effizienz und die Begrenzung der praktischen Anwendungen aus der Höhle und den Unvollkommenheiten in den photonischen Kristallstrukturen. Diese Innovation bietet eine Lösung, indem diese Verluste minimiert werden und gleichzeitig eine ausreichende Lichtemission für die Verwendung in realen - -Technologien beibehalten und möglicherweise eine Vielzahl von Anwendungen ermöglichen, die zuvor unpraktisch waren.
Das NTU -Forschungsteam unter der Leitung von Professor Wang Qijie und Dr. Cui Jieyuan näherte sich dieser Herausforderung, indem er das Design der Laserhohlheit neu stellte. Ihre Lösung kombiniert zwei fortgeschrittene Konzepte in Photonik: flache Bänder und Multi - gebundene Zustände im Kontinuum (BIC).
Flachbänder sind Energienbänder, in denen Lichtwellen in der Nähe von - Gruppengeschwindigkeit erleiden und Energie innerhalb der horizontalen Ebene des Hohlraums einschränken. Dieser Ansatz stellt sicher, dass sich das Licht nicht unkontrolliert über die Struktur ausbreitet und dazu beiträgt, Intensität und Fokus aufrechtzuerhalten.
Multi - BICs hingegen reduzieren den Lichtverlust in vertikaler Richtung und erzeugen effektiv eine dimensionale Beschränkung von drei -, die es dem Laser ermöglicht, ausreichend Licht ohne Energie zu verzichten.
Durch die Integration dieser beiden Konzepte haben die Forscher einen Laserhohlraum entwickelt, der Energieverlust in alle Richtungen minimiert, eine signifikante Verbesserung gegenüber herkömmlichen Miniaturlaser -Designs minimiert und einen neuen Standard für kompakte photonische Geräte festlegt.
Die physische Struktur des Lasers ist genauso innovativ wie seine konzeptionelle Grundlage. Das NTU -Team erstellte eine periodische Anordnung von Gänseblümchen - geformte Luftlöcher innerhalb eines photonischen Halbleiterkristalls, der zwischen zwei Goldschichten liegt.
Diese Konfiguration fungiert als hochwirksame Falle für Licht und reduziert Streuung und Leckage. Die sorgfältige Gestaltung der Luftlochformen und die Gitteranordnung ist von zentraler Bedeutung für die hohe Effizienz des Lasers und sorgt dafür, dass die Energie dort konzentriert ist, wo sie benötigt wird, und Verluste werden minimiert.
Dieses präzise Engineering stellt einen Höhepunkt der theoretischen Modellierung, der Materialwissenschaft und der Nanofabrizierungstechniken dar und zeigt, wie interdisziplinäre Zusammenarbeit Durchbrüche in fortschrittlichen Technologien ergeben können. Forscher glauben, dass diese Techniken auch zukünftige Entwicklungen in miniaturisierten optischen Schaltkreisen und photonischen Sensoren inspirieren können.
Einer der vielversprechendsten Aspekte dieses ultrakompakten Lasers ist der Betriebsbereich. In der Terahertz -Region, zwischen 30 Mikrometern und 3 Millimetern, richtet sich das Frequenzspektrum aus, das für 6 g Kommunikationssysteme erwartet wird. Seine kompakte Größe und der niedrige Energieverbrauch machen es zu einem idealen Kandidaten für die Integration in die nächsten - -Dergeneration, drahtlose Netzwerke, tragbare Geräte, optische Computerplattformen und andere aufstrebende Technologien, die kleine, effiziente Lichtquellen erfordern.
Darüber hinaus ist das Design vielseitig; Durch Einstellen der Größe der Luftstoffe und der Gitterkonstante kann der Laser angepasst werden, um Licht in anderen Wellenlängen zu emittieren, einschließlich in der Nähe von - Infrarot und sichtbares Licht.
Diese Flexibilität eröffnet neue Möglichkeiten für Forschung und Entwicklung in integrierten Photonik und könnte zu einer neuen Klasse von anpassbaren, hohen - Leistungslasern führen, wodurch sie für medizinische Bildgebungs-, Umwelterkennungs- und industrielle Anwendungen geeignet sind.
Diese Entwicklung, die Anfang dieses Jahres in Nature Photonics veröffentlicht wurde, ist ein großer Meilenstein für die Suche nach Energie - effiziente, miniaturisierte Lichtquellen. Da die Nachfrage nach schnellerer, zuverlässigerer drahtloser Kommunikation und anspruchsvollere optische Technologien wächst, könnten Lösungen wie der NTU Ultracompact Laser zu grundlegenden Komponenten der digitalen Infrastruktur werden.
Durch die Bekämpfung des grundlegenden Problems des Lichtverlusts in Miniaturlasersystemen haben die NTU -Forscher den Weg für praktische, skalierbare und hohe - -Prentzielle photonische Geräte gepflastert, die die Fähigkeiten der nächsten Kommunikationstechnologien der nächsten- -generation neu definieren können.
