Ученые из Nanyang Technological University (NTU) в Сингапуре достигли значительного прорыва в фотонике, разработав энергию - эффективное ультракомпактное лазер, который обещает преобразовать следующее - беспроводное общение и интегрированные фотонные системы. Меньше, чем песок, этот лазер решает постоянную проблему в миниатюрном лазерном дизайне: потеря света.
Когда лазеры сокращаются, энергия имеет тенденцию избегать полости и недостатков в фотонных кристаллических структурах усугубляет рассеяние, снижение эффективности и ограничение практических применений. Это инновация предлагает решение путем минимизации этих потерь при сохранении достаточного количества световых излумов для использования в реальных технологиях мировых технологий {1}, что потенциально позволяет широкому диапазону приложений, которые ранее нецелесообразны.
Исследовательская группа NTU, возглавляемая профессором Вангом Циджи и доктором Куи Цзеюанем, обратилась к этому вызову, переосмыслив дизайн лазерной полости. Их решение сочетает в себе два расширенных понятия в фотонике: плоские полосы и мульти - связанных состояний в континууме (BIC).
Плоские полосы - это энергетические полосы, в которых световые волны испытывают около - нулевой групповой скорости, ограничивая энергию в горизонтальной плоскости полости. Этот подход гарантирует, что свет не имеет никакого противоречивого распределения по структуре, помогая поддерживать интенсивность и фокусировку.
Multi - BIC, с другой стороны, уменьшайте потерю света в вертикальном направлении, эффективно создавая три - размерное ограничение, которое позволяет лазеру излучать достаточный свет без траты энергии.
Интегрируя эти два понятия, исследователи разработали лазерную полость, которая минимизирует утечку энергии во всех направлениях, отмечая значительное улучшение по сравнению с традиционными миниатюрными лазерными конструкциями и устанавливая новый стандарт для компактных фотонных устройств.
Физическая структура лазера так же инновационна, как и его концептуальная основа. Команда NTU создала периодическую аранжировку Daisy - в форме воздушных рулеток в виде полупроводникового фотонного кристалла, который зажат между двумя слоями золота.
Эта конфигурация действует как высокоэффективная ловушка для света, уменьшая рассеяние и утечку. Тщательная конструкция форм воздушной скважины и расположения решетки является центральной для высокой эффективности лазера, гарантируя, что энергия концентрируется там, где она необходима, а потери сведены к минимуму.
Эта точная инженерия представляет собой кульминацию теоретического моделирования, материальной науки и методов наноэкрашивания, демонстрируя, как междисциплинарное сотрудничество может дать прорывы в передовых технологиях. Исследователи считают, что эти методы также могут вдохновить будущие разработки в миниатюрных оптических цепях и фотонных датчиках.
Одним из наиболее перспективных аспектов этого ультракомпактного лазера является его эксплуатационный диапазон. Функционируя в области терагерца, между 30 микрометрами и 3 миллиметрами, он согласуется с частотным спектром, ожидаемым для систем связи 6G. Его компактный размер и низкое энергопотребление делают его идеальным кандидатом для интеграции в Next - генеральные беспроводные сети, носимые устройства, оптические вычислительные платформы и другие новые технологии, которые требуют небольших, эффективных источников света.
Более того, дизайн универсален; Регулируя размер воздушных рулеток и постоянной решетки, лазер может быть адаптирован для излучения света на других длин волн, в том числе около - инфракрасный и видимый свет.
Эта гибкость открывает новые возможности для исследований и разработок в области интегрированной фотоники и может привести к новому классу настраиваемых лазеров производительности-, что делает их подходящими для медицинской визуализации, экологического зондирования и промышленного применения.
Опубликованная в Nature Photonics в начале этого года, эта разработка представляет собой основную веху в поисках энергии - эффективных, миниатюрных источников света. По мере того, как спрос растет для более быстрых, более надежных беспроводных коммуникаций и более сложных оптических технологий, такие решения, как NTU Ultracompact Laser, могут стать фундаментальными компонентами цифровой инфраструктуры.
Решая фундаментальную проблему потери света в миниатюрных лазерных системах, исследователи NTU проложили путь для практических, масштабируемых и высоких - Performance Photong Devices, которые могут пересмотреть возможности следующих - генеральных технологий и вычисления.
