Вчені з Наньянського технологічного університету (NTU) у Сінгапурі досягли значного прориву в фотоніці, розробляючи енергію -} ефективну ультракомпактну лазер, яка обіцяє перетворити наступні - бездротові комунікації та інтегровані фотонічні системи. Менший, ніж зерно піску, цей лазер вирішує постійне виклики в мініатюрному лазерному дизайні: втрата світла.
Коли лазери скорочуються, енергія, як правило, виходить з порожнини та недосконалостей у фотонних кристалічних структурах посилює розсіювання, зниження ефективності та обмеження практичних застосувань. Ця інновація пропонує рішення шляхом мінімізації цих втрат, зберігаючи достатню кількість легких викидів для використання в реальних - світових технологіях, що потенційно забезпечує широкий спектр застосувань, які раніше були недоцільними.
Дослідницька група NTU на чолі з професором Вангом Кіджі та доктором Куй Джіеюан підійшла до цього виклику, переосмисливши дизайн лазерної порожнини. Їх рішення поєднує в собі дві вдосконалені поняття у фотоніці: плоскі смуги та багаторічні стани- у континуумі (BIC).
Плоскі діапазони - це енергетичні смуги, в яких світлові хвилі переживають поблизу - Zero Group Velocity, обмежуючи енергію в горизонтальній площині порожнини. Цей підхід гарантує, що світло не поширюється безконтрольно по всьому структурі, допомагаючи підтримувати інтенсивність та фокус.
Bulti - BIC, з іншого боку, зменшують втрату світла у вертикальному напрямку, фактично створюючи тривимірне утримання -, що дозволяє лазеру випромінювати достатньо світла, не витрачаючи енергії.
Інтегруючи ці два концепції, дослідники розробили лазерну порожнину, яка мінімізує витік енергії в усіх напрямках, відзначаючи значне вдосконалення порівняно з традиційними мініатюрними лазерними конструкціями та встановлюючи новий стандарт компактних фотонних пристроїв.
Фізична структура лазера настільки ж інноваційна, як і його концептуальна основа. Команда NTU створила періодичне розташування ромашки - аерофолів у формі напівпровідникового фотонного кристала, який просочений між двома шарами золота.
Ця конфігурація діє як високоефективна пастка для світла, зменшення розсіювання та витоку. Ретельна конструкція форми повітряної стріли та розташування решітки є центральною для високої ефективності лазера, гарантуючи, що енергія буде зосереджена там, де вона потрібна, а втрати мінімізовані.
Ця точна інженерія являє собою кульмінацію теоретичного моделювання, методичної науки та нанофабрикаційних методів, що демонструє, як міждисциплінарна співпраця може спричинити прориви в передових технологіях. Дослідники вважають, що ці методи можуть також надихнути на майбутні розробки в мініатюризованих оптичних схемах та фотонних датчиках.
Одним з найбільш перспективних аспектів цього ультракомпактного лазера є його оперативний діапазон. Функціонування в області Терагерца, між 30 мікрометром і 3 міліметром, він вирівнюється з частотним спектром, що очікується для систем зв'язку 6G. Його компактний розмір та низьке споживання енергії роблять його ідеальним кандидатом для інтеграції в наступні бездротові мережі -, бездротові пристрої, оптичні обчислювальні платформи та інші нові технології, які потребують невеликих, ефективних джерел світла.
Більше того, дизайн універсальний; Регулюючи розмір повітряних отворів та константи решітки, лазер може бути адаптований для випромінювання світла в інших довжинах хвиль, включаючи поблизу - інфрачервоне та видиме світло.
Ця гнучкість відкриває нові можливості для досліджень та розробки в інтегрованій фотоніці і може призвести до нового класу настроюваних, високих - лазерів продуктивності, що робить їх придатними для медичних зображень, екологічного зондування та промислових програм.
Опублікована в Nature Photonics на початку цього року, ця розробка є головною віхою в пошуках енергії - ефективні мініатюрні джерела світла. У міру зростання попиту для швидшого, надійного бездротового зв’язку та більш досконалих оптичних технологій, такі рішення, як ультракомплектний лазер NTU, можуть стати основоположними компонентами цифрової інфраструктури.
Звертаючись до фундаментальної проблеми втрати світла в мініатюрних лазерних системах, дослідники NTU проклали шлях для практичних, масштабованих та високих - фотонних пристроїв, які можуть переосмислити можливості наступних {{1} комунікаційних та обчислювальних технологій.
