אנטנה אופטית עשויה לאפשר נוריות להחליף לייזרים שורה של התקנים

Anonim

אנטנה אופטית עשויה לאפשר נוריות להחליף לייזרים שורה של התקנים

מכשירי חשמל

קולין ג'פרי

5 בפברואר 2015

3 תמונות

אב טיפוס אופטי של מעבדה ברקלי עשוי לראות לייזרים הוחלפו עם נוריות במערכות תקשורת אופטיות לטווח קצר

על ידי יישום תורת הרדיו בת 120 רדיו תדר לתחום החדש הרבה יותר של photonics, חוקרים ב לורנס ברקלי המעבדה הלאומית טוענים כי יצרו אב טיפוס אופטי האנטנה המגבירה את עוצמת פליטה ממקור אור nanorod על ידי יותר מ 115 פעמים. טכניקה זו עשויה להציע את ההזדמנות להחליף לייזרים רעבים כוח במתקני תקשורת אופטית לטווח קצר עם LED משופר LED נמוך.

על פני מרחקים קצרים - אומרים בקישורים אופטיים או שבבי מחשב מצמידים לאור - לייזרים אינם מתאימים במידה רבה בשל עלותם וצריכת החשמל שלהם. באופן אידיאלי, נוריות יהיו בשימוש ביישומים אלה, אבל עד עכשיו שיעורי פליטה ספונטנית מנורות LED לא היו מסוגלים להשיג את רמות הכוח האור הנדרש.

"מאז המצאת הלייזר, פליטת אור ספונטנית כבר הסתכל למטה לטובת פליטת אור מגורה [לייזרים], " אמר פרופ 'אלי יבלונוביץ', פיסיקאי ומהנדס חשמל עם המחלקה למדעי החומרים של אוניברסיטת ברקלי. "עם זאת, עם אנטנה אופטי מתאים, פליטה ספונטנית יכול למעשה להיות מהיר יותר מאשר פליטה מגורה."

פליטה ספונטנית - כפי שנמצאת בנורות LED - מיוצרת על ידי אלקטרונים מרגשים מרמת אנרגיה נמוכה עד גבוהה יותר, וכאשר האלקטרון חוזר לרמת האנרגיה הנמוכה יותר, הוא פולט ספונטנית פוטון. אבל, מכיוון שאין דרך לשלוט או לשמור על חזרתו של האלקטרון לרמה נמוכה יותר של אנרגיה, האור הנפלט ממקור כזה נפלט באופן אקראי בכמויות משתנות ובכיוונים אקראיים.

ב פליטה מגרה, לעומת זאת, החלת שדה אלקטרומגנטי בתדירות של מצב המעבר (כלומר, כאשר אלקטרונים מעברי האנרגיה רמות) מייצרת שדה דיפול להתנודד בתדירות מסוימת. שדה זה מבקש את האלקטרון לשנות מצבי אנרגיה ולשחרר פוטון באופן מבוקר.

התקן ברקלי מורכב ממקור פולט אור אשר יושב במרכז האנטנה פיזית פיזית microminiature. המכשיר למעשה מחקה את הפעולה dipole שהוזכרו לעיל על ידי אלקטרומגנטית מגרה את האנטנה דיפול כדי ליצור שדה הגברה חיצוני.

"הפליטה הספונטאנית של רדיאטורים בגודל מולקולרי מואטת בהזמנות רבות, מכיוון שמולקולות קטנות מכדי לפעול כאנטנות שלהן", אמר פרופ 'יבלונוביץ'. "המפתח להאיץ את פליטות הספונטניות האלה הוא זוג המולקולה המקרין לאנטנה של חצי גל, ולמרות שיש לנו אנטנות ברדיו במשך 120 שנה, איכשהו התעלמנו מהאנטנות באופטיקה. תגליות מתבוננות בנו וממתינות. "

באופן ספציפי, האנטנה האופטית שנוצרה על ידי צוות ברקלי עשויה זהב ומשמשת בתצורת אנטנה קשתית (כאשר זרועות הצוללות של קשת האנטנה מתחת למרכז), עם ננורוד של אינדיום גליום ארסנייד פוספיד (InGaAsP) הממוקם במרכז מתנהג כמו פולט אור ספונטני. InGaAsP היה גם מצופה בשכבת של טיטניום דו חמצני לספק בידוד חשמלי.

באמצעות תצורה זו, הצוות היה מסוגל ביעילות להגביר את פליטת האור הספונטני של nanorod על ידי כ 115 פעמים. עלייה של פי 200 ברמות הפליטה נחשבת להפרש המהירות המפריד בין פליטות מגרה וספונטניות. ככזה, אם הוא הגיע 200 פי להגדלה, dipole- boosted ספונטנית שיעורי פליטה יעבור אלה של פליטות מגורה ואת שווה או יותר טוב לייזר יכולות הפליטה.

"עם אנטנות אופטיות, אנו מאמינים כי שיפורים קצב הפליטה ספונטנית של יותר מ 2, 500 פעמים אפשריים תוך שמירה על יעילות פליטה אור גדול מ -50%, " אמר פרופ 'יבלונוביץ'. "החלפת חוטים על שבבים זעירים עם נוריות משופרת באנטנה תאפשר קישוריות מהירה יותר וחשמל רב יותר."

בנוסף ליישומי שבב עתידיים ותקשורת אופטית לטווח קצר, הצוות סבור כי נוריות אופנות משופרות באנטנה יכולות גם למצוא שימוש ב- photodetectors, הדמיה, ביו-חישה ויישומי אחסון נתונים מבוססי אור.

תוצאות המחקר של צוות המחקר פורסמו בכתב העת " ההליכים של האקדמיה הלאומית למדעים" .

מקור: מעבדה ברקלי

אלי יבלונוביץ 'מהנדס חשמל במעבדת ברקלי ומעצב האנטנה האופטית (צילום: רוי קלטשמידט / ברקלי)

אנטנת זהב מצמידים ל nanorod הוא טען כי יש שיפור משמעותי פליטה אור ספונטני (תמונה: ברקלי)

אב טיפוס אופטי של מעבדה ברקלי עשוי לראות לייזרים הוחלפו עם נוריות במערכות תקשורת אופטיות לטווח קצר