Els científics de la Nanyang Technological University (NTU) de Singapur han aconseguit un gran avenç en la fotònica desenvolupant un làser ultracompacte eficient energètic - que promet transformar la següent - comunicació sense fils i sistemes fotònics integrats. Més petit que un gra de sorra, aquest làser tracta un repte persistent en el disseny làser en miniatura: pèrdua de llum.
A mesura que els làsers es redueixen, l’energia tendeix a escapar de la cavitat i les imperfeccions de les estructures de cristalls fotònics que agreugen la dispersió, redueixen l’eficiència i la limitació d’aplicacions pràctiques. Aquesta innovació ofereix una solució minimitzant aquestes pèrdues mantenint una emissió de llum suficient per utilitzar -les en les tecnologies mundials reals -, permetent una àmplia gamma d’aplicacions que abans eren poc pràctiques.
L’equip d’investigació de la NTU, dirigit pel professor Wang Qijie i el doctor Cui Jieyuan, es va apropar a aquest repte reimaginant el disseny de la cavitat làser. La seva solució combina dos conceptes avançats en fotònics: bandes planes i multi - estats enllaçats al continu (BIC).
Les bandes planes són bandes d’energia en què les ones de llum experimenten a prop - Velocitat del grup zero, que limiten l’energia dins del pla horitzontal de la cavitat. Aquest enfocament garanteix que la llum no s’estén incontroladament per l’estructura, ajudant a mantenir la intensitat i l’enfocament.
Multi - BICS, d’altra banda, redueix la pèrdua de llum en la direcció vertical, creant efectivament un confinament dimensional de tres - que permet al làser emetre llum suficient sense perdre energia.
Integrant aquests dos conceptes, els investigadors han desenvolupat una cavitat làser que minimitza les fuites d’energia en totes les direccions, marcant una millora significativa respecte als dissenys tradicionals de làser en miniatura i establint un nou estàndard per a dispositius fotònics compactes.
L’estructura física del làser és tan innovadora com el seu fonament conceptual. L’equip NTU va crear un acord periòdic de margarides - en forma de forats en forma de cristall fotònic semiconductor, que es troba entre dues capes d’or.
Aquesta configuració actua com una trampa altament eficaç per a la llum, reduint la dispersió i les fuites. El disseny minuciós de les formes del forat i la disposició de gelosia és fonamental per a l’alta eficiència del làser, garantint que l’energia es concentra on sigui necessària i es minimitzin les pèrdues.
Aquesta enginyeria precisa representa una culminació del modelat teòric, de les ciències de materials i de les tècniques de nanofabricació, demostrant com la col·laboració interdisciplinària pot produir avenços en tecnologies avançades. Els investigadors creuen que aquestes tècniques també poden inspirar els futurs desenvolupaments en circuits òptics miniaturitzats i sensors fotònics.
Un dels aspectes més prometedors d’aquest làser ultracompacte és la seva gamma operativa. Funcionant a la regió de Terahertz, entre 30 micròmetres i 3 mil·límetres, s’alinea amb l’espectre de freqüència previst per als sistemes de comunicació 6G. La seva mida compacta i el seu baix consum d’energia el converteixen en un candidat ideal per a la integració a les properes xarxes sense fils de generació -, dispositius portables, plataformes de computació òptica i altres tecnologies emergents que requereixen fonts de llum petites i eficients.
A més, el disseny és versàtil; Ajustant la mida dels forats d’aire i la constant de gelosia, el làser es pot adaptar per emetre llum en altres longituds d’ona, incloent -hi prop de - infraroig i llum visible.
Aquesta flexibilitat obre noves possibilitats per a la investigació i el desenvolupament en fotònics integrats i podria conduir a una nova classe de làsers de rendiment personalitzable, alts-, fent -los adequats per a la imatge mèdica, la detecció ambiental i les aplicacions industrials.
Publicat a Nature Photonics a principis d’aquest any, aquest desenvolupament representa una fita important en la cerca de l’energia - fonts de llum eficients i miniaturitzades. A mesura que la demanda creix per a una comunicació sense fils més ràpida i fiable i tecnologies òptiques més sofisticades, solucions com el làser ultracompacte NTU podrien convertir -se en components fonamentals de la infraestructura digital.
En abordar el problema fonamental de la pèrdua de llum en els sistemes làser en miniatura, els investigadors de la NTU han obert el camí per a dispositius fotònics de rendiment pràctics, escalables i alts - que poden redefinir les capacitats de les tecnologies de comunicació de generació i informàtica de generació de propera-.
