싱가포르에있는 Nanyang Technological University (NTU)의 과학자들은 다음 - 무선 통신 및 통합 광자 시스템을 전환 할 것을 약속하는 에너지 - 효율적인 초고 공간 레이저를 개발함으로써 광자의 주요 획기적인 혁신을 달성했습니다. 모래 한 덩어리보다 작고이 레이저는 미니어처 레이저 디자인 : 가벼운 손실에서 지속적인 도전에 대처합니다.
레이저가 줄어들면서, 에너지는 광학 결정 구조에서 산란을 악화시켜 효율성을 감소시키고 실제 적용을 제한하는 경향이있다. 이 혁신은 이러한 손실을 최소화하면서 실제 - 세계 기술에서 사용하기에 충분한 가벼운 방출을 유지함으로써 솔루션을 제공하여 이전에 실용적이지 않은 광범위한 응용 프로그램을 가능하게합니다.
Wang Qijie 교수와 Cui Jieyuan 박사가 이끄는 NTU 연구팀은 레이저 공동의 설계를 다시 상상 함으로써이 도전에 접근했습니다. 그들의 솔루션은 Photonics의 두 가지 고급 개념, 즉 플랫 밴드와 연속체 (BIC)의 다중 - 경계 상태를 결합합니다.
평평한 밴드는 광파가 - Zero 그룹 속도 근처에있는 에너지 밴드이며, 공동의 수평 평면 내에서 에너지를 제한합니다. 이 접근법은 빛이 구조에 통제 할 수 없을 정도로 확산되지 않도록하여 강도와 초점을 유지하는 데 도움이됩니다.
반면에 Multi - Bics는 수직 방향의 빛 손실을 줄이고 효과적으로 3 개의 - 치수 감금을 생성하여 레이저가 에너지를 낭비하지 않고 충분한 빛을 방출 할 수 있습니다.
이 두 가지 개념을 통합함으로써 연구원들은 모든 방향으로 에너지 누출을 최소화하는 레이저 캐비티를 개발하여 전통적인 미니어처 레이저 설계보다 크게 개선되고 소형 광자 장치에 대한 새로운 표준을 설정했습니다.
레이저의 물리적 구조는 개념적 기초만큼 혁신적입니다. NTU 팀은 두 층의 금 사이에 샌드위치 된 반도체 광자 결정 내에서 데이지 - 모양의 에어홀을 정기적으로 배열로 만들었습니다.
이 구성은 빛을위한 매우 효과적인 트랩으로 작용하여 산란 및 누출을 줄입니다. 공기 구멍 모양과 격자 배열의 신중한 설계는 레이저의 고효율의 중심이므로 에너지가 필요한 곳에 집중되고 손실이 최소화되도록합니다.
이 정확한 엔지니어링은 이론적 모델링, 재료 과학 및 나노 제조 기술의 정점을 나타내며, 학제 간 협업이 어떻게 고급 기술에서 획기적인 방법을 생성 할 수 있는지 보여줍니다. 연구원들은 이러한 기술이 소형화 된 광학 회로와 광학 센서의 미래 발전에 영감을 줄 수 있다고 생각합니다.
이 Ultacompact 레이저의 가장 유망한 측면 중 하나는 작동 범위입니다. Terahertz 지역에서 30 마이크로 미터에서 3 밀리미터 사이의 기능으로 6G 통신 시스템에 대해 예상되는 주파수 스펙트럼과 정렬됩니다. 소형 크기와 낮은 에너지 소비는 다음 - 생성 무선 네트워크, 웨어러블 장치, 광학 컴퓨팅 플랫폼 및 작고 효율적인 광원이 필요한 기타 신흥 기술에 통합하기에 이상적인 후보입니다.
또한, 디자인은 다재다능합니다. 에어홀의 크기와 격자 상수를 조정함으로써, 레이저는 - 적외선 및 가시 광선 근처를 포함하여 다른 파장에서 빛을 방출하도록 적응할 수 있습니다.
이러한 유연성은 통합 광자의 연구 개발을위한 새로운 가능성을 열어주고 새로운 클래스의 사용자 정의 가능, 높은 - 성능 레이저로 이어질 수 있으므로 의료 이미징, 환경 감지 및 산업 응용 분야에 적합합니다.
올해 초 Nature Photonics에 발표 된이 개발은 에너지 - 효율적이고 소형화 된 광원에 대한 주요 이정표를 나타냅니다. 더 빠르고 신뢰할 수있는 무선 통신 및보다 정교한 광학 기술에 대한 수요가 증가함에 따라 NTU Ultracompact 레이저와 같은 솔루션은 디지털 인프라의 기본 구성 요소가 될 수 있습니다.
미니어처 레이저 시스템에서 빛 손실의 기본 문제를 해결함으로써 NTU 연구원들은 다음 - 생성 커뮤니케이션 및 컴퓨팅 기술의 기능을 재정의 할 수있는 실용적이고 확장 가능하며 높은 - 성능 사진 장치를위한 길을 열었습니다.
