シンガポールのナンヤンテクノロジー大学（NTU）の科学者は、次の-生成ワイヤレス通信と統合された写真システムを変換することを約束するエネルギー-効率的な超コンパクトレーザーを開発することにより、フォトニクスの大きなブレークスルーを達成しました。一粒の砂よりも小さいこのレーザーは、ミニチュアレーザー設計の持続的な課題に取り組んでいます：光損失。
レーザーが縮小すると、エネルギーは、フォトニック結晶構造の空洞から逃げ出し、不完全性が散乱を悪化させ、効率を低下させ、実用的な用途を制限する傾向があります。このイノベーションは、これらの損失を最小限に抑えながら、実際の-ワールドテクノロジーで使用するための十分な光排出を維持しながら、以前は非実用的だった幅広いアプリケーションを可能にすることにより、ソリューションを提供します。
Wang Qijie教授とCui Jieyuan博士率いるNTUの研究チームは、レーザー空洞の設計を再考することでこの課題にアプローチしました。それらのソリューションは、フォトニクスの2つの高度な概念を組み合わせています。フラットバンドとマルチ-結合状態（BIC）です。
フラットバンドは、光波が-ゼログループ速度の近くで経験するエネルギーバンドであり、空洞の水平面内でエネルギーを閉じ込めます。このアプローチは、光が構造全体に制御不能に広がらないことを保証し、強度と焦点を維持するのに役立ちます。
一方、Multi - BICSは、垂直方向の光損失を減らし、エネルギーを無駄にすることなくレーザーが十分な光を放出できる3つの-寸法閉じ込めを効果的に作成します。
これら2つの概念を統合することにより、研究者は、あらゆる方向のエネルギー漏れを最小限に抑え、従来のミニチュアレーザー設計よりも大幅な改善を示し、コンパクトフォトニックデバイスの新しい標準を設定するレーザーキャビティを開発しました。
レーザーの物理的構造は、その概念的基盤と同じくらい革新的です。 NTUチームは、2層の金の間に挟まれた半導体フォトニッククリスタル内に、デイジー-字型エアホールの定期的な配置を作成しました。
この構成は、光の非常に効果的なトラップとして機能し、散乱と漏れを減らします。エアホール形状と格子配置の慎重な設計は、レーザーの高効率の中心であり、エネルギーが必要な場所に集中し、損失が最小限に抑えられます。
この正確なエンジニアリングは、理論的モデリング、材料科学、ナノファブリケーション技術の集大成を表し、学際的なコラボレーションが高度な技術にブレークスルーをもたらす方法を示しています。研究者は、これらの技術が小型化された光学回路とフォトニックセンサーの将来の発展を刺激することもできると考えています。
このUltracompactレーザーの最も有望な側面の1つは、その動作範囲です。 30マイクロメートルから3ミリメートルの間のテラヘルツ地域で機能し、6G通信システムで予想される周波数スペクトルと整列しています。そのコンパクトサイズと低エネルギー消費は、次の-ジェネレーションワイヤレスネットワーク、ウェアラブルデバイス、光学コンピューティングプラットフォーム、および小規模で効率的な光源を必要とするその他の新しいテクノロジーへの統合に理想的な候補となります。
さらに、デザインは多用途です。エアホールと格子定数のサイズを調整することにより、レーザーは、近くの-赤外線と可視光を含む他の波長で光を放出するように適合させることができます。
この柔軟性は、統合フォトニクスにおける研究開発の新しい可能性を開き、カスタマイズ可能な高-パフォーマンスレーザーの新しいクラスにつながる可能性があり、医療イメージング、環境センシング、産業用途に適しています。
今年初めにNature Photonicsで公開されたこの開発は、エネルギー-効率的で小型化された光源の探求における主要なマイルストーンを表しています。需要がより速く、より信頼性の高いワイヤレス通信とより洗練された光学技術のために成長するにつれて、NTU Ultracompactレーザーのようなソリューションは、デジタルインフラストラクチャの基礎コンポーネントになる可能性があります。
ミニチュアレーザーシステムにおける光損失の基本的な問題に対処することにより、NTUの研究者は、次の-生成通信とコンピューティングテクノロジーの機能を再定義する可能性のある、実用的でスケーラブルで高い-パフォーマンスフォトニックデバイスへの道を開きました。
