Singapur'daki Nanyang Teknoloji Üniversitesi (NTU) bilim adamları, bir sonraki - nesil kablosuz iletişim ve entegre fotonik sistemleri dönüştürmeyi vaat eden bir enerji - verimli ultra bileşen lazer geliştirerek fotonikte büyük bir atılım elde ettiler. Bir kum tanesinden daha küçük olan bu lazer, minyatür lazer tasarımında kalıcı bir zorlukla mücadele eder: ışık kaybı.
Lazerler küçüldükçe, enerji boşluktan kaçma eğilimindedir ve fotonik kristal yapılardaki kusurlar saçılmayı şiddetlendirir, verimliliği azaltır ve pratik uygulamaları sınırlar. Bu yenilik, gerçek - dünya teknolojilerinde kullanım için yeterli ışık emisyonunu korurken bu kayıpları en aza indirerek bir çözüm sunar ve potansiyel olarak daha önce pratik olmayan çok çeşitli uygulamaları sağlar.
Profesör Wang Qijie ve Dr. Cui Jieyuan liderliğindeki NTU araştırma ekibi, lazer boşluğunun tasarımını yeniden tasarlayarak bu zorluğa yaklaştı. Çözümleri fotonikte iki gelişmiş kavramı birleştirir: Düz bantlar ve sürekliliğe (BIC) çoklu - bağlı durumlar.
Düz bantlar, ışık dalgalarının - sıfır grup hızının yakınında yaşadığı, boşluğun yatay düzlemindeki enerjiyi sınırladığı enerji bantlarıdır. Bu yaklaşım, ışığın yapı boyunca kontrolsüz bir şekilde yayılmamasını ve yoğunluğun ve odaklanmanın sürdürülmesine yardımcı olmasını sağlar.
Multi - bics ise, dikey yönde ışık kaybını azaltır ve lazerin enerji israf etmeden yeterli ışık yaymasına izin veren üç - boyutsal bir hapsetme oluşturur.
Bu iki kavramı entegre ederek, araştırmacılar her yönde enerji sızıntısını en aza indiren, geleneksel minyatür lazer tasarımlarına göre önemli bir iyileşme işaret eden ve kompakt fotonik cihazlar için yeni bir standart belirleyen bir lazer boşluğu geliştirdiler.
Lazerin fiziksel yapısı kavramsal temeli kadar yenilikçidir. NTU ekibi, iki kat altın arasında sandviçlenmiş yarı iletken bir fotonik kristal içinde Daisy - şekilli hava deliklerinin periyodik bir düzenlemesi oluşturdu.
Bu konfigürasyon, ışık için oldukça etkili bir tuzak görevi görür, saçılma ve sızıntıyı azaltır. Hava kabı şekillerinin ve kafes düzenlemesinin dikkatli tasarımı, lazerin yüksek verimliliğinin merkezinde yer alır ve enerjinin ihtiyaç duyulduğu yerlerde yoğunlaşmasını ve kayıpların en aza indirilmesini sağlar.
Bu kesin mühendislik, teorik modelleme, malzeme bilimi ve nanofabrikasyon tekniklerinin bir doruk noktasını temsil ederek disiplinlerarası işbirliğinin ileri teknolojilerde nasıl atılımlar sağlayabileceğini gösteriyor. Araştırmacılar, bu tekniklerin minyatür optik devrelerde ve fotonik sensörlerde gelecekteki gelişmelere de ilham verebileceğine inanıyorlar.
Bu ultra bileşen lazerin en umut verici yönlerinden biri operasyonel aralığıdır. Terahertz bölgesinde, 30 mikrometre ve 3 milimetre arasında işlev gören 6G iletişim sistemleri için beklenen frekans spektrumu ile hizalanır. Kompakt boyutu ve düşük enerji tüketimi, bir sonraki - nesil kablosuz ağlara, giyilebilir cihazlara, optik bilgi işlem platformlarına ve küçük, verimli ışık kaynakları gerektiren diğer gelişmekte olan teknolojilere entegrasyon için ideal bir aday haline getirir.
Dahası, tasarım çok yönlüdür; Hava deliklerinin boyutunu ve kafes sabitini ayarlayarak, lazer - kızılötesi ve görünür ışık da dahil olmak üzere diğer dalga boylarında ışık yaymak için uyarlanabilir.
Bu esneklik, entegre fotoniklerde araştırma ve geliştirme için yeni olanaklar açar ve yeni bir özelleştirilebilir, yüksek - performans lazerleri sınıfına yol açabilir ve bu da onları tıbbi görüntüleme, çevresel algılama ve endüstriyel uygulamalar için uygun hale getirir.
Nature Photonics'te bu yılın başlarında yayınlanan bu gelişme, enerji arayışında - verimli, minyatürleştirilmiş ışık kaynakları arayışında önemli bir kilometre taşını temsil ediyor. Daha hızlı, daha güvenilir kablosuz iletişim ve daha sofistike optik teknolojiler için talep arttıkça, NTU ultracompact lazer gibi çözümler dijital altyapının temel bileşenleri haline gelebilir.
NTU araştırmacıları, minyatür lazer sistemlerindeki temel ışık kaybı meselesini ele alarak, bir sonraki - üretim ve bilgi işlem teknolojilerinin yeteneklerini yeniden tanımlayabilecek pratik, ölçeklenebilir ve yüksek - performans fotonik cihazlarının yolunu açtılar.
