Mae gwyddonwyr ym Mhrifysgol Dechnolegol Nanyang (NTU) yn Singapore wedi cyflawni datblygiad mawr mewn ffotoneg trwy ddatblygu laser ultracompact effeithlon ynni - sy'n addo trawsnewid nesaf - cyfathrebu diwifr cenhedlaeth a systemau ffotonig integredig. Yn llai na gronyn o dywod, mae'r laser hwn yn mynd i'r afael â her barhaus mewn dyluniad laser bach: colli golau.
Wrth i laserau grebachu, mae egni yn tueddu i ddianc o'r ceudod a'r amherffeithrwydd yn y strwythurau grisial ffotonig yn gwaethygu gwasgaru, gan leihau effeithlonrwydd a chyfyngu ar gymwysiadau ymarferol. Mae'r arloesedd hwn yn cynnig datrysiad trwy leihau'r colledion hyn wrth gynnal digon o allyriadau golau i'w defnyddio mewn technolegau byd - go iawn, gan alluogi ystod eang o gymwysiadau a oedd yn anymarferol o'r blaen.
Cysylltodd tîm ymchwil yr NTU, dan arweiniad yr Athro Wang Qijie a Dr. Cui Jieyuan, at yr her hon trwy ail -lunio dyluniad y ceudod laser. Mae eu datrysiad yn cyfuno dau gysyniad datblygedig mewn ffotoneg: bandiau fflat ac mae aml - yn rhwymo gwladwriaethau yn y continwwm (BIC).
Mae bandiau gwastad yn fandiau egni lle mae tonnau ysgafn yn profi ger - cyflymder grŵp sero, gan gyfyngu egni o fewn awyren lorweddol y ceudod. Mae'r dull hwn yn sicrhau nad yw golau yn lledaenu'n afreolus ar draws y strwythur, gan helpu i gynnal dwyster a ffocws.
Mae bics aml -, ar y llaw arall, yn lleihau colled golau i'r cyfeiriad fertigol, gan greu cyfyngder dimensiwn tri - i bob pwrpas sy'n caniatáu i'r laser allyrru digon o olau heb wastraffu egni.
Trwy integreiddio'r ddau gysyniad hyn, mae'r ymchwilwyr wedi datblygu ceudod laser sy'n lleihau gollyngiadau ynni i bob cyfeiriad, gan nodi gwelliant sylweddol dros ddyluniadau laser bach traddodiadol a gosod safon newydd ar gyfer dyfeisiau ffotonig cryno.
Mae strwythur corfforol y laser yr un mor arloesol â'i sylfaen gysyniadol. Creodd tîm NTU drefniant cyfnodol o dyllau awyr siâp Daisy - o fewn grisial ffotonig lled -ddargludyddion, sydd wedi'i ryngosod rhwng dwy haen o aur.
Mae'r cyfluniad hwn yn gweithredu fel trap hynod effeithiol ar gyfer golau, gan leihau gwasgariad a gollwng. Mae dyluniad gofalus y siapiau twll awyr a'r trefniant dellt yn ganolog i effeithlonrwydd uchel y laser, gan sicrhau bod egni wedi'i grynhoi lle mae ei angen a bod colledion yn cael eu lleihau i'r eithaf.
Mae'r union beirianneg hon yn cynrychioli penllanw modelu damcaniaethol, gwyddoniaeth faterol a thechnegau nanofabrication, gan ddangos sut y gall cydweithredu rhyngddisgyblaethol esgor ar ddatblygiadau arloesol mewn technolegau uwch. Cred ymchwilwyr y gall y technegau hyn hefyd ysbrydoli datblygiadau yn y dyfodol mewn cylchedau optegol bach a synwyryddion ffotonig.
Un o agweddau mwyaf addawol y laser ultracompact hwn yw ei ystod weithredol. Yn gweithredu yn rhanbarth Terahertz, rhwng 30 micrometr a 3 milimetr, mae'n cyd -fynd â'r sbectrwm amledd a ddisgwylir ar gyfer systemau cyfathrebu 6G. Mae ei faint cryno a'i ddefnydd o ynni isel yn ei wneud yn ymgeisydd delfrydol ar gyfer integreiddio i rwydweithiau diwifr cenhedlaeth nesaf -, dyfeisiau gwisgadwy, llwyfannau cyfrifiadurol optegol a thechnolegau eraill sy'n dod i'r amlwg sy'n gofyn am ffynonellau golau bach, effeithlon.
Ar ben hynny, mae'r dyluniad yn amlbwrpas; Trwy addasu maint y tyllau awyr a'r cysonyn dellt, gellir addasu'r laser i allyrru golau mewn tonfeddi eraill, gan gynnwys ger - golau is -goch a gweladwy.
Mae'r hyblygrwydd hwn yn agor posibiliadau newydd ar gyfer ymchwil a datblygu mewn ffotoneg integredig a gallai arwain at ddosbarth newydd o laserau perfformiad customizable, uchel -, gan eu gwneud yn addas ar gyfer delweddu meddygol, synhwyro amgylcheddol a chymwysiadau diwydiannol.
Cyhoeddwyd yn Nature Photonics yn gynharach eleni, mae'r datblygiad hwn yn cynrychioli carreg filltir fawr yn yr ymchwil am ynni - ffynonellau golau bach effeithlon, bach. Wrth i'r galw dyfu am gyfathrebu di -wifr cyflymach, mwy dibynadwy a thechnolegau optegol mwy soffistigedig, gallai atebion fel laser Ultracompact NTU ddod yn gydrannau sylfaenol o'r seilwaith digidol.
Trwy fynd i’r afael â mater sylfaenol colled ysgafn mewn systemau laser bach, mae ymchwilwyr yr NTU wedi paratoi’r ffordd ar gyfer dyfeisiau ffotonig perfformiad ymarferol, graddadwy ac uchel - a allai ailddiffinio galluoedd technolegau cyfathrebu a chyfrifiadura cynhyrchu a chyfrifiadura nesaf -.
