เป็นที่เข้าใจกันว่าอุปกรณ์ชนิดใหม่ที่เรียกว่าเลเซอร์โทโพโลยีสามารถปล่อยแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าเลเซอร์แบบดั้งเดิม ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างเลเซอร์โทโพโลยีที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าตัวแรกที่ทํางานที่อุณหภูมิห้องซึ่งสามารถใช้ในด้านโทรคมนาคม
โทโพโลยีเป็นสาขาวิชาคณิตศาสตร์ที่ศึกษาว่าแง่มุมใดของรูปร่างที่สามารถอยู่รอดได้ ตัวอย่างเช่นวัตถุที่มีรูปร่างเหมือนแหวนอาจเปลี่ยนรูปเป็นรูปถ้วยและรูในวงแหวนก่อตัวเป็นรูในที่จับของถ้วย อย่างไรก็ตามวัตถุนี้ไม่สามารถเปลี่ยนเป็นรูปร่างที่แตกต่างกันโดยพื้นฐานและไม่มีรูพรุน
โดยใช้มุมมองของโทโพโลยีนักวิจัยได้พัฒนาฉนวนโทโพโลยีอิเล็กทรอนิกส์ตัวแรกในปี 2007 ฉนวนนี้เป็นฉนวนภายในและนําไฟฟ้าจากภายนอก อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปตามขอบหรือพื้นผิวของวัสดุเหล่านี้อย่างมากต้านทานการรบกวนใด ๆ ที่อาจเปลี่ยนการไหลของพวกเขาและเรียกว่า "ป้องกันทางโทโพโลยี"
นักวิทยาศาสตร์จึงออกแบบฉนวนโทโพโลยีโฟโตนิกซึ่งแสงได้รับการปกป้องในทํานองเดียวกัน วัสดุเหล่านี้มีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเป็นประจําเพื่อให้แสงของความยาวคลื่นที่เฉพาะเจาะจงไหลไปตามภายนอกของพวกเขาและไม่มีการกระเจิงหรือการสูญเสียแม้ที่มุมและข้อบกพร่อง
ขั้นตอนต่อไปคือการพัฒนาเลเซอร์ที่มีการป้องกันทางโทโพโลยี เลเซอร์โทโพโลยีชนิดนี้สามารถผลิตแสงของความยาวคลื่นที่ต้องการได้อย่างมีประสิทธิภาพเท่านั้นแทนที่จะสิ้นเปลืองพลังงานโดยการผลิตความยาวคลื่นที่ไม่ต้องการ นอกจากนี้ "พวกเขาไม่ไวต่อข้อบกพร่องที่อาจเกิดขึ้นในระหว่างการผลิตหรือการดําเนินงาน" ซึ่งหมายความว่าแม้ว่าจะมีข้อบกพร่องพวกเขาจะผลิตแสงบริสุทธิ์ดังกล่าว Mercedeh Khajavikhan นักฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยเซาเทิร์นแคลิฟอร์เนียในลอสแองเจลิสกล่าว ดังนั้นเลเซอร์โทโพโลยีสามารถเห็นผลผลิตที่สูงขึ้นและประสิทธิภาพที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในกระบวนการผลิต
อย่างไรก็ตามเลเซอร์โทโพโลยีตัวแรกต้องใช้เลเซอร์ภายนอกเพื่อกระตุ้นให้พวกเขาทํางานได้ซึ่ง จํากัด การใช้งานจริง เมื่อเร็ว ๆ นี้นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาเลเซอร์โทโพโลยีที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า แต่เลเซอร์เหล่านี้ต้องการอุณหภูมิต่ํา -264 ° C ซึ่ง จํากัด การใช้งานของพวกเขา
ผู้เขียนนําของการศึกษา Jae-Hyuck Choi ที่มหาวิทยาลัยเซาเทิร์นแคลิฟอร์เนีย, Khajavikhan, และเพื่อนร่วมงานคนอื่น ๆ ได้พัฒนาเลเซอร์โทโพโลยีอุณหภูมิห้องสูบน้ําด้วยไฟฟ้าครั้งแรก พวกเขาให้รายละเอียดการค้นพบของพวกเขาในฉบับที่ 8 มิถุนายนของการสื่อสารธรรมชาติ
อุปกรณ์ใหม่ประกอบด้วยเครือข่ายแหวน 10×10 วงแต่ละวงกว้าง 30 ไมครอน วงแหวนเหล่านี้เชื่อมต่อกันด้วยวงแหวนสี่เหลี่ยมขนาดเล็กกว้างประมาณ 5 ไมครอน แหวนทั้งหมดเหล่านี้เป็นโครงสร้างแซนวิชประกอบด้วยเซมิคอนดักเตอร์หลายชั้นเช่นอินเดียมแกลเลียมอาร์เซไนด์อินเดียมฟอสไฟด์และอินเดียมแกลเลียมอินเดียมอาร์เซไนด์
เลเซอร์แบบดั้งเดิมมีเพียงโพรงเรโซแนนซ์เดียวที่เก็บพลังงานแสงเพื่อให้สามารถสร้างแสงเลเซอร์ได้ วิธีหนึ่งในการเพิ่มกําลังเอาต์พุตของเลเซอร์คือการให้โพรงที่ใหญ่ขึ้น แต่สิ่งนี้จะทําให้เลเซอร์ปล่อยความถี่หลายความถี่แทนที่จะเป็นหนึ่งเดียว Khajavikhan กล่าวว่าเลเซอร์โทโพโลยีใหม่นี้ใช้ตารางวงแหวน 10×10 เป็นเรโซเนเตอร์คู่หลายตัว "เช่นเดียวกับการสร้างบ้านที่มีหลายห้อง" เพื่อช่วยปล่อยแสงความยาวคลื่นเดี่ยวที่บริสุทธิ์
เมื่อขั้วไฟฟ้าที่ขอบของอาร์เรย์ถูกสูบด้วยไฟฟ้าลงในกริดรัศมีจะผลิตแสงเลเซอร์ที่มีความยาวคลื่น 1.5 ไมครอนซึ่งเป็นความยาวคลื่นที่ใช้กันมากที่สุดในการสื่อสารใยแก้วนําแสง ขนาดและรูปทรงเรขาคณิตของวงแหวนตําแหน่งระหว่างวงแหวนและความหนาและองค์ประกอบของชั้นเซมิคอนดักเตอร์เฉพาะช่วยให้มั่นใจได้ว่าแสงในเลเซอร์ได้รับการคุ้มครองทางโทโพโลยี
การป้องกันทางโทโพโลยีช่วยให้เลเซอร์ทํางานแม้ว่าวงแหวนบางวงจะหายไป โทโพโลยีของอุปกรณ์ยังช่วยให้มั่นใจได้ว่าแสงที่ปล่อยออกมานั้นมีความยาวคลื่นที่ต้องการเกือบทั้งหมดซึ่งเป็นอาร์เรย์ที่คล้ายกันตําแหน่งของวงแหวนจะแตกต่างกันเล็กน้อยดังนั้นโทโพโลยีจึงแตกต่างกันและปล่อยแสงน้อยลงซึ่งประกอบด้วยความยาวคลื่นที่แตกต่างกันหลายช่วง สเปกตรัมบริสุทธิ์
"โฟโตนิกส์ทางโทโพโลยีทําให้การเชื่อมต่อของเรโซเนเตอร์หลายตัวสามารถตระหนักถึงฟังก์ชั่นใหม่และปรับปรุงได้" "จากโซเชียลมีเดียไปจนถึงระบบนิเวศทางชีวภาพการเชื่อมต่อเป็นตัวกําหนดฟังก์ชั่นเครือข่ายมีบทบาทสําคัญในความสําเร็จและความยืดหยุ่น"
