Forskare vid Nanyang Technological University (NTU) i Singapore har uppnått ett stort genombrott i fotonik genom att utveckla en energi - effektiva ultrakompakt laser som lovar att omvandla nästa - generering av trådlös kommunikation och integrerade fotoniska system. Mindre än ett sandkorn hanterar denna laser en ihållande utmaning inom miniatyrlaserdesign: lätt förlust.
När lasrar krymper tenderar energi att fly från kaviteten och bristerna i de fotoniska kristallstrukturerna förvärrar spridning, minskar effektiviteten och begränsar praktiska tillämpningar. Denna innovation erbjuder en lösning genom att minimera dessa förluster samtidigt som man bibehåller tillräckligt lätt utsläpp för användning i verkliga - världsteknologier, vilket potentiellt möjliggör ett brett utbud av applikationer som tidigare var opraktiska.
NTU -forskarteamet, ledd av professor Wang Qijie och Dr. Cui Jieyuan, kontaktade denna utmaning genom att återbilda utformningen av laserhålan. Deras lösning kombinerar två avancerade koncept inom fotonik: plattband och multi - bundna tillstånd i kontinuum (BIC).
Platta band är energiband där ljusvågor upplever nära - nollgruppshastighet, som begränsar energi i kavitetens horisontella plan. Detta tillvägagångssätt säkerställer att ljus inte sprids okontrollerat över strukturen, vilket hjälper till att upprätthålla intensitet och fokus.
Multi - Bics, å andra sidan, minska ljusförlusten i vertikal riktning, vilket effektivt skapar en tre - dimensionell inneslutning som gör att lasern kan avge tillräckligt med ljus utan att slösa bort energi.
Genom att integrera dessa två koncept har forskarna utvecklat ett laserhålrum som minimerar energiläckage i alla riktningar, markerar en betydande förbättring jämfört med traditionella miniatyrlaserkonstruktioner och sätter en ny standard för kompakta fotoniska enheter.
Laserens fysiska struktur är lika innovativ som dess konceptuella grund. NTU -teamet skapade ett periodiskt arrangemang av Daisy - formade lufthål inom en halvledarfotonkristall, som är inklämd mellan två skikt av guld.
Denna konfiguration fungerar som en mycket effektiv fälla för ljus, minskar spridning och läckage. Den noggranna utformningen av lufthålsformer och gitterarrangemang är centralt för laserens höga effektivitet, vilket säkerställer att energi är koncentrerad där den behövs och förluster minimeras.
Denna exakta teknik representerar en kulmination av teoretisk modellering, materialvetenskap och nanofabriceringstekniker, vilket visar hur tvärvetenskapligt samarbete kan ge genombrott i avancerad teknik. Forskare tror att dessa tekniker också kan inspirera den framtida utvecklingen inom miniatyriserade optiska kretsar och fotoniska sensorer.
En av de mest lovande aspekterna av denna ultracompakt laser är dess operativa sortiment. Fungerar i Terahertz -regionen, mellan 30 mikrometer och 3 millimeter, är det i linje med det frekvensspektrum som förväntas för 6G -kommunikationssystem. Dess kompakta storlek och låg energiförbrukning gör den till en idealisk kandidat för integration i nästa - Generation Wireless Networks, Wearable Devices, Optical Computing Platforms och andra nya tekniker som kräver små, effektiva ljuskällor.
Dessutom är designen mångsidig; Genom att justera storleken på lufthålen och gitterkonstanten kan lasern anpassas för att avge ljus i andra våglängder, inklusive nära - infraröd och synligt ljus.
Denna flexibilitet öppnar nya möjligheter för forskning och utveckling i integrerad fotonik och kan leda till en ny klass av anpassningsbara, höga - prestationslasrar, vilket gör dem lämpliga för medicinsk avbildning, miljöavkänning och industriella tillämpningar.
Denna utveckling publicerades i Nature Photonics tidigare i år och representerar en viktig milstolpe i strävan efter energi - Effektiva, miniatyriserade ljuskällor. När efterfrågan växer för snabbare, mer pålitlig trådlös kommunikation och mer sofistikerade optiska tekniker, kan lösningar som NTU Ultracompact Laser bli grundläggande komponenter i den digitala infrastrukturen.
Genom att ta itu med den grundläggande frågan om lätt förlust i miniatyrlasersystem har NTU -forskarna banat vägen för praktiska, skalbara och höga - prestationsfotoniska enheter som kan omdefiniera kapaciteten för nästa -} genereringskommunikation och datorteknologier.
