Powstał superszybki energooszczędny laser
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 kelvinów (-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.
Mariusz Błoński
