Ratuj Głuszca
laser-laboratorium

Inżynierowie ze Stanford University wyprodukowali półprzewodnikowy laser w skali nano, który działa szybciej i jest bardziej energooszczędny niż jakiekolwiek inne urządzenie tego typu.Obecnie wykorzystywane obwody elektryczne, które służą do przesyłania danych, wymagają dużych ilości energii na każdy bit i są relatywnie powolne – mówi profesor Jelena Vuckovic, której zespół stworzył nowy laser.

Vuckovic i jej grupa współpracują z zespołami naukowców Jamesa Harrisa ze Stanford oraz Gary’ego Shambata z University of California Berkeley nad laserami z kryształem fotonicznym.

Takie urządzenia są bardzo małe, działają szybko i zużywają niewiele energii.

Stworzyliśmy nadajnik danych optycznych – laser – który wykorzystuje 1000-krotnie mniej energii i jest 10-krotnie szybszy od najlepszych dostępnych komercyjnie laserów. Co więcej, sądzimy, że uda się go udoskonalić – informuje Vuckovic.

Inni naukowcy pracują nad podobnymi rozwiązaniami, ale najlepszy laser, jaki udało się uzyskać, wymagał do pracy innego lasera, dostarczającego mu (pompującego) energię. Potrzebujemy lasera pompowanego elektrycznością, nie światłem – mówi uczona ze Stanforda. Tymczasem tego typu urządzenia z kryształem fotonicznym były dotychczas trudne w produkcji i mało wydajne, co uniemożliwiało ich skomercjalizowanie. Tymczasem zespół Vukovic stworzył łatwy w produkcji i bardzo wydajny laser z kryształem fotonicznym.

Prace nad nim rozpoczęły się od wyhodowania plastra z arsenku galu za pomocą natryskiwania na podłoże poszczególnych warstw molekuł. Co jakiś czas arsenek galu zastępowano trzema warstwami arsenku indu. Ten materiał tworzył na arsenku galu kwantowe kropki. Całość miała w sumie grubość 220 nanometrów.

Następnie powierzchnia plastra została wzbogacona jonami. Z jednej strony były to jony krzemu, z drugiej – berylu. „Wysepki” jonów są dobrze widoczne na powierzchni, ale się ze sobą nie stykają. Pozwalają jednak precyzyjnie sterować przepływem prądu, skupiając ładunki w pożądanym miejscu i zwiększając efektywność lasera. Na koniec tak przygotowany plaster jest precyzyjnie „dziurawiony” za pomocą okrągłych otworów układających się w kształt plastra miodu. Pozycja i rozmiary otworów są niezwykle istotne dla poprawnego działania urządzenia.

Otwory są niemal idealnie okrągłe z gładkimi wewnętrznymi ścianami i są bardzo ważne dla funkcjonowania lasera. Działają jak zespół luster odbijających fotony w kierunku centrum lasera – mówi Vuckovic. Tak skonstruowany laser jest w stanie wysłać to 100 miliardów impulsów w ciągu sekundy, a każdy z nich może oznaczać jeden bit.

Uczeni stworzyli też odbiornik i połączyli go z laserem za pomocą cienkich łączy optycznych.

W pojedynczej warstwie można zmieścić setki optycznych nadajników i odbiorników, które można połączyć łączami optycznymi i umieścić na jednym układzie scalonym.

Na razie najpoważniejszą przeszkodą na drodze do zastosowania lasera Vuckovic jest temperatura, jakiej wymaga do pracy. Wynosi ona bowiem zaledwie 150 kelwinów (-123 stopnie Celsjusza).

Dzięki ulepszeniu procesu produkcyjnego możemy stworzyć laser, który pracuje w temperaturze pokojowej, a jednocześnie jest nadal około 1000-krotnie bardziej energooszczędny od współczesnych technologii – mówi Vuckovic.

Źródło: kopalniawiedzy.pl

Wypowiedz się

Musiszsię zalogować aby dodać komentarz.