Uusi läpimurto Ultrashort Laser Pulse -teknologiassa

Lasereista on tulossa olennainen osa lukemattomia laitteita ja toimialoja. Kun lasersäde on vuorovaikutuksessa nanomittakaavan materiaalin pinnan kanssa, se lähettää valoaallon, jota kutsutaan "plasmoniksi" (plasmaeksitoni), ja tietyn plasman eksitonin ominaisuudet voivat välittää tietoa. Optisessa lähetyksessä laser pumppaa valoa komponenttiin, jota kutsutaan "kyllästyväksi absorboijaksi" optisen signaalin tuottamiseksi.
Äskettäin Arizonan osavaltion yliopiston sähkötekniikan apulaisprofessori Yu Yao ja hänen tutkimusryhmänsä Arizona State's Center for Photonics Innovationissa ovat suunnitelleet nopeamman ja energiatehokkaamman nanomittakaavan laserelementin, jota kutsutaan grafeeni-plasmahybridiksi metastrukturoiduksi kyllästäväksi absorboijaksi. tai GPSMA.
GPSMA:lla on potentiaalisia sovelluksia viestinnässä, tiedonkäsittelyssä, spektroskopiassa ja biolääketieteessä. Absorberia voidaan käyttää parantamaan nopeutta, tehokkuutta ja yleistä suorituskykyä tiedonsiirron, tiedonkäsittelyn, biolääketieteellisen tunnistus- ja kuvantamistekniikoiden edistämiseksi.
Optisen modulaation ja kyllästyvän absorption hyödyllisten ominaisuuksiensa vuoksi Yu Yaon tiimi sisällytti kehittämiseensä keinotekoisesti muokatun metalli-grafeenihybridin.
Äskettäisessä tieteellisessä lehdessä ACS Nano julkaistussa artikkelissa Yao kertoo, kuinka hänen laboratorionsa integroi grafeenipohjaisen kyllästävän absorboijan ja kuinka he onnistuivat parantamaan laitetta virrankulutuksen vähentämiseksi säilyttäen samalla erittäin nopeat vasteajat.
He saivat nämä tärkeät tulokset suunnittelemalla optisen antenniryhmän, joka keskittää valon materiaalin nanomittakaavaisiin aukkoihin, jotka tunnetaan nimellä hot spot, absorption edistämiseksi. Keskittämällä laserin näihin kuumiin kohtiin he havaitsivat parantuneen suorituskyvyn ja vähentyneen energiankulutuksen.
"Grafeeni on kevyttä ja sillä on nopeat optiset vasteajat, mutta alhainen absorptio yksikerroksisessa muodossaan", Yu Yao sanoi. "Suunnittelimme laitteen niin, että valon absorptiota nanomittakaavan hotspoteissa voidaan lisätä yli kolmella suuruusluokalla, mikä ei vain tuota voimakas valon absorptio, mutta myös kylläisyyden absorptiovaikutus. GPSMA:lla teemme kyllästyvää absorptiolaitetta, joka voi itse asiassa vähentää virrankulutusta lähes kahdesta kolmeen suuruusluokkaa."
Merkittävästi lisääntyneen nopeuden perusteella niiden uusi teknologia avaa uusia mahdollisuuksia infrapunalaserspektroskopiaan ja nopeaan optiseen signaaliviestintään (kuituoptinen kaapeli- ja satelliittiviestintä).
"Laitteemme voi toimia ennätysnopeuksilla", sanoi Yu Yao. "Perinteiset kyllästyvät absorboijat voivat toimia nanosekunnin aika-asteikolla, mutta nyt voimme saavuttaa noin 60 femtosekuntia, yli 100, 000 kertaa nopeammin kuin ennen. "
GPSMA toimii tällä hetkellä lähellä infrapuna-aallonpituuksia sähkömagneettisessa spektrissä. Koska grafeenilla on laaja optinen vaste, se voi laajentaa spektrin peittoaan pidemmillä aallonpituuksilla infrapunaspektrialueella, millä on tärkeitä vaikutuksia molekyylispektroskopiaan ja optiseen viestintään. Pidemmillä aallonpituuksilla on kuitenkin perinteisesti vaikeampaa saavuttaa kyllästetty absorptio ja tuottaa ultralyhyitä laserpulsseja. Siksi GPSMA-suunnittelukonsepti voi täyttää tällaisen teknologisen aukon.
Yu Yaon tiimin laitteella on potentiaalisia sovelluksia tietoliikenne-, energia- ja biolääketieteen aloilla. Tällaisia ​​vaimentimia voitaisiin käyttää parantamaan kuituoptisten kaapelien nopeutta, tehokkuutta ja yleistä suorituskykyä, mikä avaa mahdollisuuksia tiedonsiirron, aurinkokennojen suorituskyvyn ja sairauksien havaitsemisen kuvantamistekniikoiden kehittämiseen.