Semiconductor-nanolasers maken ultra-efficiënte optische technologieën mogelijk

Een nieuwe golf van innovatie transformeert de toekomst van optische technologieën, aangedreven door snelle vooruitgang in nanolasers van halfgeleider. Deze vorderingen zijn essentieel voor toekomstige toepassingen zoals optische communicatie op chip en neuromorfe computing, die compacte, energie-efficiënte lichtbronnen vereisen.

In een recent gepubliceerd artikel beschrijven onderzoekers de nieuwste ontwikkelingen op dit gebied, gericht op geavanceerde laserontwerpen die ultra-lage energie-operatie en diepe subwaveldlengte-lichtbeperking mogelijk maken-cruciaal voor toekomstige technologieën zoals optische communicatie op chip en neuromorfe computing.

De studie werd geleid door prof. Jesper Mørk van de technische Universiteit van Denemarken en is gepubliceerd in IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. Het benadrukt hoe miniaturerende laserholtes naar het nanoschaal niet alleen de energie -efficiëntie verbeteren, maar ook de klassieke laserfysica -modellen uitdaagt.

Semiconductor Lasers, voor het eerst aangetoond in 1962, zijn al lang van fundamenteel belang voor technologieën, variërend van telecommunicatie tot beeldvorming en detectie. Naarmate de wereldwijde eisen echter verschuiven naar compactere, snellere en energiezuinige systemen, worden de traditionele macroscopische ontwerpprincipes van lasers op nanoschaal uitgedaagd.

De paper belicht drie belangrijke innovaties in nanolaser -technologie:

1. Fotonische kristallen nanolasers-deze gebruiken periodieke structuren om licht in extreem kleine holtes vast te leggen, waardoor de werking van kamertemperatuur met record-lage drempelstromen zo laag is als 730 na.
2. Diepe subcards-holtes-recente ontwerpen hebben traditionele optische opsluitingslimieten verbrijzeld, waardoor laserholten kleiner zijn dan de diffractielimiet-die het onmogelijk vond zonder metaalcomponenten met een hoge verlies.
3. Semiconductor Fano-lasers-Interferentie-effecten die bekend staan ​​als fano-resonanties, kunnen deze lasers ultrashort optische pulsen genereren en verbeterde spectrale eigenschappen vertonen, die nieuwe functionaliteit bieden voor optische systemen met hoge snelheid.

“Miniaturiserende laserholten naar de nanoschaal maken niet alleen ongekende energie -efficiëntie mogelijk, maar daagt ook ons ​​begrip van fundamentele laserfysica uit”, stellen de auteurs van het papier. In apparaten op nanoschaal zijn klassieke modellen niet langer van toepassing – spontane emissie speelt een belangrijke rol, faseovergangen kunnen niet optreden en verschuift kwantumruisgedrag dramatisch.

Deze convergentie van nanofotoniek en kwantumoptica opent een nieuw hoofdstuk in de laserwetenschap. De implicaties zijn enorm: van het mogelijk maken van energiezuinige, op licht gebaseerde computeronderdelen, tot het stimuleren van de ontwikkeling van hybride optische computersystemen die de neurale architectuur van de hersenen nabootsen.

Met halfgeleider nanolasers die blijven evolueren, is hun rol bij het aandrijven van de volgende generatie informatietechnologie niet langer een futuristische visie-het wordt een huidige realiteit.