Uusi energiatehokas ultrakompakti laseri

Singapore Nanyangin teknillisen yliopiston (NTU Singapore) johtama kansainvälinen tiedemiesryhmä on kehittänyt uudentyyppisen ultrakompaktin laserin, joka on energiatehokkaampi ja kuluttaa vähemmän virtaa.

Uusi laser on suunniteltu erityisesti valovuotoa vähentäväksi. Valohävikin minimointi tarkoittaa, että laserin käyttö vaatii vähemmän energiaa verrattuna muihin erittäin kompakteihin lasereihin.

Miniatyyrilasereiden suorituskykyä haittaa valon menetys. Osa tästä häviöstä johtuu laserontelon sivuvuotoon – lasereiden tärkeään komponenttiin, joka rajoittaa ja vahvistaa valoa lasersäteen tuottamiseksi. Valoa häviää myös säteilyn vaikutuksesta ja kun se siroaa fotonisen kiteen epätäydellisyyksiin, jotka on rakennettu puolijohdemateriaaleista valon etenemisen hallitsemiseksi.

Nämä häviöitä aiheuttavat vaikutukset ovat merkittävämpiä ultrakompakeissa lasereissa kuin suuremmissa lasereissa.

Valon häviämisen estämiseksi uusi NTUn laser valjastaa kapeita kaistoja ja ilmiön, joka tunnetaan nimellä monisidottu tila jatkumossa (BIC).

Kapeat kaistat ovat fotonikiteen energiakaistoja, joissa valoaaltojen ryhmänopeus on lähes nolla – mitta siitä, kuinka nopeasti valon kuljettama energia liikkuu. Lähes nollan ryhmänopeudella valoaaltojen kuljettama energia ei kulje laserontelon ulkopuolelle.

Samoin multi-BIC-tekniikka rajoittaa valoa laseronteloon ja estää sitä karkaamasta eri suuntiin, mutta sallii silti laserin säteillä riittävästi valoa käytännön käyttöön. Tietyt valon aaltokuviot kumoavat osat, jotka normaalisti karkaisivat. Ontelon rakenne myös vaikeuttaa valon pääsyä ulos.

Tutkijoiden mukaan tämä kapeiden kaistojen ja BIC-teknologian konseptit yhdistävä ratkaisu voisi olla "lopullinen" ratkaisu laserontelon valon vuotamisen estämiseksi kolmiulotteisesti.

Laser tuottaa myös erittäin fokusoidun säteen, jolla on minimaalinen hajaantuminen, mikä tekee siitä hyödyllisen tarkkoihin optisiin sovelluksiin.

Skaalaamalla ilmareikien kokoa ja hilavakiota – atomien välistä etäisyyttä fotonisessa kiteessä – suunnittelua voidaan laajentaa luomaan lasereita, jotka emittoiavat muita aallonpituuksia, kuten lähi-infrapunaa ja näkyvää valoa.

”Innovaatio on läpimurto topologisessa fotoniikassa ja avaa uuden polun kompakteille, kestäville ja skaalautuville valonlähteille integroiduissa fotonisissa järjestelmissä”, kommentoi Pennsylvanian yliopiston apulaisprofessori Zhen Bo, joka ei ollut mukana tutkimuksessa.

Tutkijat työskentelevät nyt laserin tehon parantamiseksi ja sen integroimiseksi optoelektronisiin laitteisiin. He ovat myös jättäneet teknisen selvityksen innovaatiosta ja etsivät alan yhteistyökumppaneita tuomaan teknologian markkinoille. 

Aiheesta aiemmin:

Viimeinen puuttuva piifotoniikan pala

Erittäin nopeat laserit erittäin pienillä siruilla

Femtosekunnin laseri lasista