Istraživanje koje finansira vojska otvara put za poboljšane lasere i komunikacije
Fotonika ima potencijal da transformiše sve vrste elektronskih uređaja tako što čuva i prenosi informacije u obliku svetlosti, a ne električne energije. Korišćenje brzine svetlosti i načina na koji se informacije mogu slojeviti u svojim različitim fizičkim svojstvima može povećati brzinu komunikacije uz smanjenje izgubljene energije, međutim, izvori svetlosti kao što su laseri moraju biti manji, jači i stabilniji da bi se to postiglo, rekli su istraživači.
„Lasing u jednom modu, velike snage koristi se u širokom spektru aplikacija koje su važne za vojsku i pomažu u podršci borcima, uključujući optičke komunikacije, optički sensing i LIDAR domet“, rekao je dr Džejms Džozef, programski menadžer, Borbene jedinice američke vojske Komanda za razvoj sposobnosti, poznata kao DEVCOM, Vojna istraživačka laboratorija. „Rezultati istraživanja UPenn-a označavaju veliki korak ka stvaranju efikasnijih laserskih izvora.
Način na koji se informacije mogu uslojavati pomoću ove tehnologije takođe može imati važne implikacije za fotonske računare i komunikacione sisteme. Da bi se sačuvale informacije kojima manipuliše fotonski uređaj, njegovi laseri moraju biti izuzetno stabilni i koherentni. Takozvani laseri sa jednim modom eliminišu bučne varijacije unutar svojih snopova i poboljšavaju njihovu koherentnost, ali su kao rezultat toga prigušeniji i manje moćni od lasera koji sadrže više simultanih modova.
Istraživači sa Univerziteta u Pensilvaniji i Univerziteta Djuk, uz finansiranje vojske, dizajnirali su i izgradili dvodimenzionalne nizove blisko upakovanih mikro-lasera koji imaju stabilnost jednog mikro-lasera, ali zajedno mogu postići gustinu snage za veću magnitudu. Oni su objavili studiju u časopisu Science koja demonstrira super-simetrični mikro-laserski niz. Roboti i autonomna vozila koja koriste LiDAR za optičko detekciju i domet, proizvodnju i tehnike obrade materijala koji koriste lasere, neke su od mnogih drugih potencijalnih primena ovog istraživanja.
„Jedan naizgled jednostavan metod za postizanje monomodnog lasera velike snage je spajanje više identičnih jednomodnih lasera zajedno kako bi se formirao laserski niz“, rekao je dr Liang Feng, vanredni profesor na odeljenjima za nauku o materijalima i inženjerstvo i Elektrotehničko i sistemsko inženjerstvo na Univerzitetu u Pensilvaniji. „Intuitivno, ovaj laserski niz bi imao povećanu snagu emisije, ali zbog prirode složenosti sa povezanim sistemom, takođe će imati više super-modova. Nažalost, konkurencija između režima čini laserski niz manje koherentnim.”
Spajanjem dva lasera dobijaju se dva super-moda, ali taj broj se kvadratno povećava kako su laseri raspoređeni u dvodimenzionalnim mrežama namenjenim za fotonsko osmatranje i LiDAR aplikacije.
„Rad u jednom režimu je kritičan jer se sjaj i osvetljenost laserskog niza povećavaju sa brojem lasera samo ako su svi fazno zaključani u jedan super-mod“, rekao je Xingdu Qiao, doktorand na Univerzitetu u Pensilvaniji. „Inspirisani konceptom supersimetrije iz fizike, možemo postići ovu vrstu jednomodnog lasera sa zaključavanjem faze u laserskom nizu dodavanjem disipativnog super-partnera.
U fizici čestica, super-simetrija je teorija da sve elementarne čestice dve glavne klase, bozoni i fermioni, imaju još neotkrivenog super-partnera u drugoj klasi. Matematički alati koji predviđaju svojstva hipotetičkog superpartnera svake čestice takođe se mogu primeniti na svojstva lasera. U poređenju sa elementarnim česticama, proizvodnja jednog super-partnera mikro-lasera je relativno jednostavna. Složenost leži u prilagođavanju matematičkih transformacija super-simetrije da bi se proizveo čitav niz super-partnera koji ima ispravne nivoe energije da poništi sve osim željenog pojedinačnog modusa originala.
Pre ovog istraživanja, laserski nizovi super-partnera mogli su biti samo jednodimenzionalni, sa svakim od laserskih elemenata poređanim u nizu. Rešavanjem matematičkih odnosa koji upravljaju pravcima u kojima se pojedinačni elementi spajaju jedan sa drugim, ova nova studija pokazuje niz sa pet redova i pet kolona mikro-lasera.
Izvor: techbriefs.com
