นักวิทยาศาสตร์ที่ Nanyang Technological University (NTU) ในสิงคโปร์ได้ประสบความสำเร็จอย่างมากในการพัฒนาพลังงานด้วยเลเซอร์ ultracompact ที่มีประสิทธิภาพซึ่งสัญญาว่าจะเปลี่ยน - การสื่อสารไร้สายรุ่นต่อไป เล็กกว่าเม็ดทรายเลเซอร์นี้จัดการกับความท้าทายอย่างต่อเนื่องในการออกแบบเลเซอร์ขนาดเล็ก: การสูญเสียแสง
เมื่อเลเซอร์หดตัวพลังงานมีแนวโน้มที่จะหลบหนีจากโพรงและความไม่สมบูรณ์ในโครงสร้างผลึกโทนิคที่ทำให้การกระเจิงลดลงลดประสิทธิภาพและ จำกัด การใช้งานจริง นวัตกรรมนี้นำเสนอโซลูชันโดยลดการสูญเสียเหล่านี้ในขณะที่ยังคงการปล่อยแสงที่เพียงพอสำหรับการใช้งานในเทคโนโลยีโลกจริง - ซึ่งอาจทำให้แอพพลิเคชั่นที่หลากหลายซึ่งก่อนหน้านี้ไม่สามารถทำได้
ทีมวิจัย NTU นำโดยศาสตราจารย์วัง Qijie และดร. Cui Jieyuan เข้าหาความท้าทายนี้โดยการออกแบบการออกแบบโพรงเลเซอร์ โซลูชันของพวกเขารวมแนวคิดขั้นสูงสองแนวคิดในโฟโตนิกส์: แบนด์แบนและหลาย - สถานะที่ถูกผูกไว้ในความต่อเนื่อง (BIC)
แบนด์แบนเป็นแถบพลังงานที่คลื่นแสงใกล้กับ - ความเร็วกลุ่มศูนย์, การ จำกัด พลังงานภายในระนาบแนวนอนของโพรง วิธีการนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าแสงจะไม่แพร่กระจายไปทั่วโครงสร้างอย่างไม่สามารถควบคุมได้ช่วยรักษาความเข้มและการโฟกัส
Multi - BICS ในทางกลับกันลดการสูญเสียแสงในทิศทางแนวตั้งอย่างมีประสิทธิภาพสร้างสาม - การ จำกัด มิติที่ช่วยให้เลเซอร์ปล่อยแสงเพียงพอโดยไม่ต้องสูญเสียพลังงาน
โดยการรวมแนวคิดทั้งสองนี้นักวิจัยได้พัฒนาโพรงเลเซอร์ที่ลดการรั่วไหลของพลังงานในทุกทิศทางทำเครื่องหมายการปรับปรุงที่สำคัญมากกว่าการออกแบบเลเซอร์ขนาดเล็กแบบดั้งเดิมและการตั้งค่ามาตรฐานใหม่สำหรับอุปกรณ์โทนิคขนาดกะทัดรัด
โครงสร้างทางกายภาพของเลเซอร์นั้นเป็นนวัตกรรมเหมือนกับรากฐานทางแนวคิด ทีม NTU สร้างการจัดเรียงเป็นระยะของ Daisy - รูที่มีรูปร่างภายในคริสตัลโทนิคเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งถูกประกบระหว่างทองสองชั้น
การกำหนดค่านี้ทำหน้าที่เป็นกับดักที่มีประสิทธิภาพสูงสำหรับแสงลดการกระเจิงและการรั่วไหล การออกแบบอย่างระมัดระวังของรูปร่างของช่องระบายอากาศและการจัดเรียงโครงตาข่ายเป็นศูนย์กลางของประสิทธิภาพสูงของเลเซอร์เพื่อให้แน่ใจว่าพลังงานมีความเข้มข้นในที่ที่จำเป็นและการสูญเสียจะลดลง
วิศวกรรมที่แม่นยำนี้แสดงให้เห็นถึงสุดยอดของการสร้างแบบจำลองเชิงทฤษฎีวิทยาศาสตร์วัสดุและเทคนิคการทำนาโนฟาดบริกซ์แสดงให้เห็นว่าการทำงานร่วมกันแบบสหวิทยาการสามารถทำให้เกิดความก้าวหน้าในเทคโนโลยีขั้นสูงได้อย่างไร นักวิจัยเชื่อว่าเทคนิคเหล่านี้ยังสามารถสร้างแรงบันดาลใจให้เกิดการพัฒนาในอนาคตในวงจรแสงขนาดเล็กและเซ็นเซอร์โทนิค
หนึ่งในแง่มุมที่มีแนวโน้มมากที่สุดของเลเซอร์ ultracompact นี้คือช่วงการดำเนินงาน การทำงานในภูมิภาค Terahertz ระหว่าง 30 ไมโครเมตรและ 3 มิลลิเมตรจะสอดคล้องกับสเปกตรัมความถี่ที่คาดไว้สำหรับระบบการสื่อสาร 6G ขนาดขนาดกะทัดรัดและการใช้พลังงานต่ำทำให้เป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับการรวมเข้ากับเครือข่ายไร้สายรุ่นต่อไป - รุ่นต่อไปอุปกรณ์ที่สวมใส่ได้แพลตฟอร์มการคำนวณแบบออพติคอลและเทคโนโลยีใหม่ ๆ ที่ต้องใช้แหล่งกำเนิดแสงขนาดเล็กและมีประสิทธิภาพ
ยิ่งกว่านั้นการออกแบบมีความหลากหลาย ด้วยการปรับขนาดของรูอากาศและค่าคงที่ตาข่ายเลเซอร์สามารถปรับให้เข้ากับแสงในความยาวคลื่นอื่น ๆ รวมถึงใกล้ - อินฟราเรดและแสงที่มองเห็นได้
ความยืดหยุ่นนี้เปิดโอกาสใหม่สำหรับการวิจัยและพัฒนาในโฟโตนิกแบบบูรณาการและอาจนำไปสู่เลเซอร์ประสิทธิภาพสูงที่ปรับแต่งได้สูง - ทำให้เหมาะสำหรับการถ่ายภาพทางการแพทย์การตรวจจับสิ่งแวดล้อมและการใช้งานอุตสาหกรรม
ตีพิมพ์ใน Nature Photonics เมื่อต้นปีที่ผ่านมาการพัฒนานี้แสดงให้เห็นถึงเหตุการณ์สำคัญที่สำคัญในการแสวงหาพลังงาน - แหล่งกำเนิดแสงที่มีประสิทธิภาพและมีประสิทธิภาพ เมื่อความต้องการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วการสื่อสารไร้สายที่เชื่อถือได้มากขึ้นและเทคโนโลยีออพติคอลที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นโซลูชั่นเช่นเลเซอร์ NTU Ultracompact อาจกลายเป็นองค์ประกอบพื้นฐานของโครงสร้างพื้นฐานดิจิตอล
โดยการกล่าวถึงปัญหาพื้นฐานของการสูญเสียแสงในระบบเลเซอร์ขนาดเล็กนักวิจัย NTU ได้ปูทางสำหรับอุปกรณ์โทนิคที่ใช้งานได้จริงและปรับขนาดได้สูงและสูง-
