Ilmuwan di Nanyang Technological University (NTU) di Singapura telah mencapai terobosan besar dalam fotonik dengan mengembangkan energi - laser ultracompact yang efisien yang menjanjikan untuk mengubah berikutnya - generasi komunikasi nirkabel dan sistem fotonik terintegrasi. Lebih kecil dari sebutir pasir, laser ini menangani tantangan yang terus -menerus dalam desain laser miniatur: kehilangan cahaya.
Saat laser menyusut, energi cenderung keluar dari rongga dan ketidaksempurnaan dalam struktur kristal fotonik memperburuk hamburan, mengurangi efisiensi dan membatasi aplikasi praktis. Inovasi ini menawarkan solusi dengan meminimalkan kerugian ini sambil mempertahankan emisi cahaya yang cukup untuk digunakan dalam teknologi dunia nyata -, yang berpotensi memungkinkan berbagai aplikasi yang sebelumnya tidak praktis.
Tim peneliti NTU, yang dipimpin oleh Profesor Wang Qijie dan Dr. Cui Jieyuan, mendekati tantangan ini dengan menata ulang desain rongga laser. Solusi mereka menggabungkan dua konsep canggih dalam fotonik: pita datar dan multi - terikat status dalam kontinum (BIC).
Pita datar adalah pita energi di mana gelombang cahaya mengalami di dekat - kecepatan grup nol, membatasi energi dalam bidang horizontal rongga. Pendekatan ini memastikan bahwa cahaya tidak menyebar tak terkendali di seluruh struktur, membantu mempertahankan intensitas dan fokus.
Multi - bics, di sisi lain, mengurangi kehilangan cahaya dalam arah vertikal, secara efektif menciptakan kurungan dimensi tiga - yang memungkinkan laser memancarkan cahaya yang cukup tanpa membuang energi.
Dengan mengintegrasikan kedua konsep ini, para peneliti telah mengembangkan rongga laser yang meminimalkan kebocoran energi di semua arah, menandai peningkatan yang signifikan atas desain laser miniatur tradisional dan menetapkan standar baru untuk perangkat fotonik yang ringkas.
Struktur fisik laser sama inovatifnya dengan fondasi konseptualnya. Tim NTU menciptakan pengaturan periodik Daisy - lubang udara berbentuk dalam kristal fotonik semikonduktor, yang diapit di antara dua lapisan emas.
Konfigurasi ini bertindak sebagai perangkap yang sangat efektif untuk cahaya, mengurangi hamburan dan kebocoran. Desain yang cermat dari bentuk lubang udara dan pengaturan kisi adalah pusat dari efisiensi tinggi laser, memastikan bahwa energi terkonsentrasi di tempat yang dibutuhkan dan kerugian diminimalkan.
Teknik yang tepat ini merupakan puncak dari pemodelan teoritis, ilmu material dan teknik nanofabrikasi, menunjukkan bagaimana kolaborasi interdisipliner dapat menghasilkan terobosan dalam teknologi canggih. Para peneliti percaya bahwa teknik -teknik ini juga dapat menginspirasi perkembangan di masa depan dalam sirkuit optik miniatur dan sensor fotonik.
Salah satu aspek yang paling menjanjikan dari laser ultracompact ini adalah rentang operasionalnya. Berfungsi di wilayah terahertz, antara 30 mikrometer dan 3 milimeter, ini selaras dengan spektrum frekuensi yang diharapkan untuk sistem komunikasi 6G. Ukurannya yang ringkas dan konsumsi energi yang rendah menjadikannya kandidat yang ideal untuk berintegrasi ke dalam jaringan nirkabel generasi berikutnya -, perangkat yang dapat dipakai, platform komputasi optik dan teknologi yang muncul lainnya yang memerlukan sumber cahaya kecil dan efisien.
Selain itu, desainnya serba guna; Dengan menyesuaikan ukuran lubang udara dan konstanta kisi, laser dapat disesuaikan untuk memancarkan cahaya dalam panjang gelombang lain, termasuk dekat - cahaya inframerah dan terlihat.
Fleksibilitas ini membuka kemungkinan baru untuk penelitian dan pengembangan fotonik terintegrasi dan dapat mengarah pada kelas baru laser kinerja yang dapat disesuaikan, tinggi -, membuatnya cocok untuk pencitraan medis, penginderaan lingkungan, dan aplikasi industri.
Diterbitkan di Nature Photonics awal tahun ini, perkembangan ini merupakan tonggak utama dalam pencarian energi - sumber cahaya miniatur yang efisien. Ketika permintaan tumbuh untuk komunikasi nirkabel yang lebih cepat, lebih andal dan teknologi optik yang lebih canggih, solusi seperti NTU Ultracompact laser dapat menjadi komponen dasar dari infrastruktur digital.
Dengan membahas masalah mendasar dari kehilangan cahaya dalam sistem laser miniatur, para peneliti NTU telah membuka jalan bagi perangkat fotonik kinerja yang praktis, dapat diskalakan dan tinggi - yang dapat mendefinisikan kembali kemampuan komunikasi generasi dan teknologi pembuatan dan teknologi komputasi berikutnya.
