Nowy przełom w technologii ultrakrótkich impulsów laserowych

Lasery stają się integralną częścią niezliczonych urządzeń i gałęzi przemysłu. Kiedy wiązka laserowa oddziałuje z powierzchnią materiału w nanoskali, emituje falę światła zwaną „plazmonem” (ekscyton plazmowy), a właściwości danego ekscytonu plazmowego mogą przekazywać informacje. W transmisji optycznej laser pompuje światło do elementu zwanego „absorberem nasycającym się”, aby wytworzyć sygnał optyczny.
Niedawno Yu Yao, profesor nadzwyczajny elektrotechniki na Uniwersytecie Stanowym w Arizonie i jej zespół badawczy w Centrum Innowacji Fotoniki w Arizonie zaprojektowali szybszy, bardziej energooszczędny element laserowy w nanoskali, zwany hybrydowym grafenowo-plazmowym, nasycalnym absorberem. lub GPSMA.
GPSMA ma potencjalne zastosowania w branżach takich jak komunikacja, przetwarzanie informacji, spektroskopia i biomedycyna. Absorber można wykorzystać do poprawy szybkości, wydajności i ogólnej wydajności w celu ulepszenia transmisji danych, przetwarzania informacji, wykrywania biomedycznego i technologii obrazowania.
Ze względu na korzystne właściwości modulacji optycznej i absorpcji nasycającej się, zespół Yu Yao włączył do swojego rozwoju sztucznie skonstruowaną hybrydę metal-grafen.
W niedawnym artykule opublikowanym w czasopiśmie naukowym ACS Nano Yao szczegółowo opisuje, w jaki sposób jej laboratorium zintegrowało nasycalny absorber na bazie grafenu i jak udało im się ulepszyć urządzenie, aby zmniejszyć zużycie energii przy zachowaniu ultraszybkich czasów reakcji.
Uzyskali te ważne wyniki, projektując układ anten optycznych, który skupia światło na nanoskalowych szczelinach w materiale, zwanych gorącymi punktami, w celu promowania absorpcji. Skupiając laser na tych gorących punktach, zaobserwowali lepszą wydajność i mniejsze zużycie energii.
„Grafen jest lekki i ma szybki czas reakcji optycznej, ale niską absorpcję w postaci jednowarstwowej” — powiedział Yu Yao. silna absorpcja światła, ale także efekt absorpcji nasycenia. Dzięki GPSMA tworzymy nasycające się urządzenie absorpcyjne, które może faktycznie zmniejszyć zużycie energii o prawie dwa do trzech rzędów wielkości”.
W oparciu o znacznie zwiększoną prędkość, ich nowa technologia otworzy nowe możliwości dla spektroskopii laserowej w podczerwieni i szybkiej komunikacji sygnałów optycznych (komunikacja światłowodowa i satelitarna).
„Nasze urządzenie może działać z rekordowo wysokimi prędkościami” — powiedział Yu Yao. „Konwencjonalne nasycalne absorbery mogą działać w nanosekundowej skali czasu, ale teraz możemy osiągnąć około 60 femtosekund, ponad 100 000 razy szybciej niż wcześniej. "
GPSMA działa obecnie na falach bliskiej podczerwieni w widmie elektromagnetycznym. Ponieważ grafen ma szeroką odpowiedź optyczną, może rozszerzyć swoje pokrycie widmowe na dłuższe długości fal w obszarze widmowym w podczerwieni, co ma ważne implikacje dla spektroskopii molekularnej i komunikacji optycznej. Jednak w przypadku dłuższych fal tradycyjnie trudniej jest osiągnąć nasycalną absorpcję i wygenerować ultrakrótkie impulsy laserowe. Dlatego koncepcja projektowa GPSMA może wypełnić taką lukę technologiczną.
Urządzenie zespołu Yu Yao ma potencjalne zastosowania w branży telekomunikacyjnej, energetycznej i biomedycznej. Takie absorbery można by wykorzystać do poprawy szybkości, wydajności i ogólnej wydajności kabli światłowodowych, otwierając możliwości rozwoju technologii transmisji danych, wydajności ogniw słonecznych i wykrywania chorób.