Uus läbimurre ultralühikese laserimpulsstehnoloogia alal

Laseritest on saamas lugematute seadmete ja tööstusharude lahutamatu osa. Kui laserkiir interakteerub nanomõõtmelise materjali pinnaga, kiirgab see valguslainet, mida nimetatakse "plasmoniks" (plasma eksitoniks) ja antud plasma eksitoni omadused võivad edastada teavet. Optilise ülekande korral pumpab laser valgust optilise signaali tekitamiseks komponenti, mida nimetatakse "küllastuvaks neelduriks".
Hiljuti töötasid Arizona osariigi ülikooli elektrotehnika dotsent Yu Yao ja tema Arizona osariigi fotoonikainnovatsioonikeskuse uurimisrühm välja kiirema ja energiatõhusama nanomõõtmelise laserelemendi, mida nimetatakse grafeeni-plasma hübriidseks metastruktureeritud küllastuvaks neelduriks. või GPSMA.
GPSMA-l on potentsiaalseid rakendusi sellistes tööstusharudes nagu side, teabetöötlus, spektroskoopia ja biomeditsiin. Absorberit saab kasutada kiiruse, tõhususe ja üldise jõudluse parandamiseks, et edendada andmeedastust, teabetöötlust, biomeditsiinilise tuvastuse ja pilditehnoloogiaid.
Tänu oma kasulikele omadustele optilises modulatsioonis ja küllastuvas neeldumises kaasas Yu Yao meeskond oma väljatöötamisse kunstlikult valmistatud metall-grafeeni hübriidi.
Hiljutises teadusajakirjas ACS Nano avaldatud artiklis kirjeldab Yao üksikasjalikult, kuidas tema labor integreeris grafeenipõhise küllastuva neelduja ja kuidas neil õnnestus seadet täiustada, et vähendada energiatarbimist, säilitades samal ajal ülikiired reaktsiooniajad.
Nad saavutasid need olulised tulemused, kavandades optilise antenni massiivi, mis fokuseerib valguse neeldumise soodustamiseks materjali nanomõõtmelistele tühikutele, mida nimetatakse kuumadeks punktideks. Fokuseerides laseri nendele kuumadele kohtadele, täheldasid nad paremat jõudlust ja väiksemat energiatarbimist.
"Grafeen on kerge ja sellel on kiire optiline reageerimisaeg, kuid selle ühekihilisel kujul on madal neeldumine," ütles Yu Yao. "Me kavandasime seadme nii, et valguse neeldumist nanomõõtmelistes levialades saab suurendada rohkem kui kolme suurusjärgu võrra, tekitades mitte ainult tugev valguse neeldumine, aga ka küllastuse neeldumise efekt. GPSMA abil valmistame küllastuva neeldumisseadme, mis võib tegelikult vähendada energiatarbimist peaaegu kahe kuni kolme suurusjärgu võrra.
Tänu oluliselt suurenenud kiirusele avab nende uus tehnoloogia uusi võimalusi infrapuna-laserspektroskoopiaks ja kiireks optilisteks signaalideks (fiiberoptiline kaabel ja satelliitside).
"Meie seade suudab töötada rekordiliselt suurel kiirusel," ütles Yu Yao, "tavalised küllastuvad neeldujad võivad töötada nanosekundi ajaskaalal, kuid nüüd suudame jõuda umbes 60 femtosekundini, mis on rohkem kui 100, 000 korda kiiremini kui varem. "
GPSMA töötab praegu elektromagnetilise spektri lähiinfrapuna lainepikkustel. Kuna grafeenil on lai optiline vastus, võib see laiendada oma spektraalset katvust infrapunaspektripiirkonnas pikematele lainepikkustele, millel on oluline mõju molekulaarspektroskoopiale ja optilisele kommunikatsioonile. Pikemate lainepikkuste puhul on aga traditsiooniliselt keerulisem saavutada küllastuvat neeldumist ja genereerida ülilühikesi laserimpulsse. Seetõttu saab GPSMA disainikontseptsioon sellise tehnoloogilise tühimiku täita.
Yu Yao meeskonna seadmel on potentsiaalseid rakendusi telekommunikatsiooni-, energia- ja biomeditsiinitööstuses. Selliseid neeldujaid saaks kasutada kiudoptiliste kaablite kiiruse, tõhususe ja üldise jõudluse parandamiseks, avades võimalused andmeedastuse, päikesepatareide jõudluse ja haiguste tuvastamise pilditehnoloogiate edendamiseks.