PCSEL Lanjutan Dapat Membuat Laser Militer Jauh Lebih Kuat

Sebuah tim dari Illinois Grainger Engineering telah memperkenalkan jenis desain laser baru yang memberikan kecerahan lebih tinggi dan berkas yang lebih terfokus. PCSEL canggih menggabungkan dielektrik silikon dioksida terbenam sub-mikron untuk mempertahankan berkasnya lebih lama, membuka pintu bagi senjata energi canggih, sistem LiDAR, dan komunikasi luar angkasa. Berikut cara laser akan mendapatkan peningkatan besar.

Teknologi laser terus berkembang untuk memenuhi permintaan yang meningkat akan perangkat berbasis laser. Saat ini, barang seperti kendaraan listrik Anda menggunakan laser untuk navigasi melalui LiDAR. Selain itu, produsen industri memanfaatkan laser untuk segala hal mulai dari pemindaian hingga pengelasan, etsa, dan segala sesuatu di antaranya. Oleh karena itu, teknologi laser telah menjadi komponen penting dalam kehidupan sehari-hari.

VCSELs

Jenis laser paling umum yang digunakan dalam aplikasi kelas atas ini adalah vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs). VCSEL memiliki resonator laser monolitik pada diodanya yang menghasilkan berkas yang memancar dari chip secara tegak lurus terhadap permukaannya.

Gaya laser ini ideal untuk jarak pendek, menjadikannya cocok untuk tugas seperti pencetakan laser, pemindaian kode batang, dan bahkan LiDAR jarak pendek seperti yang ada pada smartphone Anda. Keunggulan VCSEL adalah harganya terjangkau dan memiliki desain yang terbukti.

Namun, VCSEL kurang dalam aplikasi yang lebih canggih. Laser ini terbatas dalam kemampuan daya dan jarak, sehingga menjadi usang ketika membahas opsi untuk pertahanan rudal canggih atau komunikasi luar angkasa.

PCSELs

Para ilmuwan telah lama menyadari bahwa mereka membutuhkan alternatif yang lebih kuat. Pada tahun 2020, pengenalan photonic-crystal surface-emitting lasers (PCSELs) membuka pintu bagi generasi baru perangkat berbasis laser. Gaya laser ini memancarkan cahaya langsung dari permukaannya melalui kristal fotonik.

Kristal fotonik adalah struktur periodik subgelombang yang dapat mengubah gelombang elektromagnetik di sekitarnya. Tidak seperti pendahulunya, mereka memanfaatkan desain kristal fotonik dua dimensi untuk menyebarkan dan menggabungkan berkas cahaya.

Dari situ, gelombang berdiri dua dimensi yang baru terbentuk melewati material penguat, yang memperkuat dayanya. Strategi ini memungkinkan insinyur memperkuat gain daripada input daya laser untuk meningkatkan kecerahan berkas. Akibatnya, strategi ini memungkinkan insinyur mempertahankan satu mode lasing.

Masalah dengan PCSELs

Secara khusus, beberapa batasan telah membatasi kemampuan PCSEL untuk ditingkatkan sesuai dengan kebutuhan militer modern. Pertama, laser ini dibuat menggunakan lubang udara, yang membantu perangkat mengatasi penumpukan panas. Ketika insinyur mencoba meningkatkan ukuran perangkat ini untuk skenario penggunaan yang lebih kuat, mereka menyadari bahwa atom semikonduktor mulai mengisi lubang-lubang tersebut, menyebabkan struktur kristal fotonik menjadi terdeformasi.

PCSEL Dielektrik Terbenam: Sebuah Studi Terobosan

Insinyur dari Grainger College of Engineering di University of Illinois Urbana-Champaign baru-baru ini mengungkapkan cara untuk mengurangi masalah ini. Makalah mereka¹, berjudul “Photopumped Buried Dielectric Photonic-Crystal Surface-Emitting Lasers“, menunjukkan pendekatan baru yang mengintegrasikan segitiga dielektrik terbenam sub-mikron (SiO2) sebagai komponen indeks rendah.

Sumber – IEEE Photonics Journal

Para insinyur memulai dengan mengisi celah udara biasa dengan material dielektrik padat. Pendekatan ini memastikan kristal fotonik tidak akan terdeformasi selama pertumbuhan kembali. Desain baru memungkinkan perangkat membuang panas dengan kecepatan lebih tinggi, meningkatkan efisiensi dan daya tahan.

Menurut laporan mereka, para insinyur sepenuhnya mengenkapsulasi kristal fotonik. Secara khusus, panjang sisi segitiga dielektrik diatur antara 200 hingga 260 nm. Selain itu, penggunaan silikon dioksida memungkinkan kristal tumbuh di sekitar material dielektrik, memberikan dukungan superior dan kinerja yang ditingkatkan.

Menguji PCSEL Dielektrik Terbenam

Untuk menguji teori mereka, para insinyur membuat PCSEL dielektrik terbenam dan mengujinya melalui beberapa eksperimen photopumping. Secara khusus, tim menggunakan filter long-pass dalam spektrometer array linier InGaAs yang didinginkan dengan nitrogen cair serta kamera InGaAs SWIR untuk memantau spektrum lasing dan pola medan.

Tim juga menggunakan filter dikrokik teralignasi yang ditempatkan antara lensa dan PCSEL untuk memantau pola gambar jauh. Pendekatan ini memproyeksikan cahaya 1,5 µm ke layar yang ditempatkan 65 mm dari sampel. Pengujian ini mengungkapkan beberapa hasil menarik.

Hasil: Kinerja PCSEL Lanjutan

Desain laser baru menunjukkan daya dan keandalan yang lebih tinggi dibandingkan pendahulunya. Selain itu, ia menunjukkan ketahanan terhadap konduktivitas termal, bahkan saat digunakan secara terus-menerus dan intensif. Lebih menarik lagi, laser ini dapat dioperasikan pada suhu ruangan dan pada panjang gelombang cahaya yang aman bagi mata manusia.

Manfaat PCSEL Lanjutan

Ada banyak manfaat yang dibawa PCSEL yang ditingkatkan ke pasar. Pertama, mereka akan membuka pintu bagi laser yang lebih konsisten dan dapat memproyeksikan lebih lama. Perangkat ini akan menggunakan jauh lebih sedikit daya dan dapat tetap lebih dingin selama operasi terus-menerus.

Keandalan yang Ditingkatkan

Manfaat lain adalah keandalan jangka panjang mereka. Versi PCSEL sebelumnya mengalami penurunan kinerja seiring waktu karena kristal yang membantu membentuk berkas mulai terdegradasi akibat interferensi atom. Pendekatan terbaru ini menghilangkan masalah tersebut, sehingga perangkat ini memiliki umur yang jauh lebih panjang.

Kemampuan Daya yang Ditingkatkan

Manfaat utama PCSEL adalah kemampuannya menangani daya yang jauh lebih besar. Kemampuan ini membuatnya ideal untuk senjata energi terarah generasi berikutnya. Sistem ini dianggap sebagai masa depan perangkat keras militer karena beberapa alasan, termasuk bahwa mereka memiliki amunisi hampir tak terbatas, terbatas hanya oleh pasokan daya mereka.

Aplikasi Dunia Nyata untuk PCSELs

Ada daftar panjang aplikasi untuk laser yang lebih andal dan berdaya tinggi. Perangkat ini akan menemukan tempat di segala hal mulai dari drone hingga kendaraan listrik dan bahkan pesawat luar angkasa. Sudah banyak orang yang melihat teknologi ini sebagai penting untuk desain perangkat keras militer masa depan.

Sistem LiDAR Generasi Berikutnya

LiDAR mengubah cara orang berinteraksi dan melihat dunia. Saat ini, LiDAR berdaya tinggi membantu memetakan wilayah tak dikenal di dalam hutan atau dasar laut. Sistem ini akan menjadi lebih tangguh dan mampu seiring peningkatan daya laser yang mereka gunakan.

Sistem Senjata Laser Canggih

Militer berusaha memanfaatkan teknologi ini untuk menciptakan laser yang dapat menghancurkan misil dan kendaraan musuh. Senjata ini telah diuji selama beberapa dekade. Namun, baru-baru ini mereka mulai diintegrasikan ke dalam kendaraan. Meskipun masih dalam tahap pengujian, senjata berbasis laser ini suatu hari nanti akan menguasai medan perang masa depan.

Garis Waktu Adopsi PCSELs

Mungkin diperlukan 20 tahun lagi sebelum teknologi ini sampai ke konsumen. Masih banyak penelitian yang harus dilakukan terkait skala desain dan memastikan keamanannya. Meskipun konsumen harus menunggu, teknologi ini kemungkinan akan digunakan militer dalam dekade berikutnya.

Temui Tim Peneliti PCSEL

Grainger College of Engineering di University of Illinois Urbana-Champaign memimpin studi PCSEL. Secara khusus, Kent Choquette tercatat sebagai penulis utama studi tersebut. Ia mendapat dukungan kuat dari anggota grup Minjoo Larry Lee. Perlu dicatat, seluruh proyek menerima pendanaan dan dukungan dari Air Force Research Laboratory,

Prospek Masa Depan PCSEL Lanjutan

Para insinyur kini akan meningkatkan desain mereka saat ini. Mereka berencana membuat perangkat lebih andal dan meningkatkan daya sambil mengurangi faktor bentuknya. Selain itu, mereka akan bekerja menciptakan proses fabrikasi berkelanjutan untuk mempercepat proses produksi.

Berinvestasi di Industri Laser

Ada beberapa pesaing terkemuka di industri laser. Perusahaan-perusahaan ini terus melihat keuntungan yang meningkat seiring permintaan laser berteknologi tinggi yang terus tumbuh. Berikut satu perusahaan yang tetap menjadi kekuatan dominan di sektor laser dan dapat memperoleh manfaat dari setiap peningkatan besar pada teknologi.

Laser Photonics Corp

Laser Photonics Corp (LASE ) memasuki pasar pada tahun 2019 dan berkantor pusat di Orlando, Florida. Sejak saat itu, perusahaan ini telah mengkhususkan diri dalam produksi laser berdaya tinggi dan industri. Saat ini mereka menawarkan campuran solusi laser standar dan khusus untuk klien industri.

Perusahaan ini memperoleh reputasi kualitas karena sistem pembersihan laser yang andal, opsi pemotongan, dan perangkat finishingnya. Perangkat populer ini membantu menunjukkan komitmen Laser Photonics dalam menyediakan solusi laser yang dapat diandalkan dan efektif. Mereka yang ingin terpapar pada sektor manufaktur laser yang cepat berkembang sebaiknya melakukan riset lebih lanjut tentang Laser Photonics Corp.

Berita dan Perkembangan Saham Laser Photonics Corp (LASE) Terbaru

PCSEL Lanjutan | Kesimpulan

PCSEL Lanjutan akan membuka era baru dalam teknologi. Para ilmuwan sudah mengeksplorasi sistem propulsi laser generasi berikutnya dan jaringan komunikasi. Pengenalan laser yang lebih andal dan aman bagi mata ke dalam persamaan ini hanya akan memperkuat upaya tersebut, menghasilkan inovasi yang lebih besar. Untuk saat ini, masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan, namun tim insinyur inovatif ini telah meletakkan fondasi yang kuat untuk upaya masa depan.

Pelajari tentang terobosan keren lainnya di sini.

Studi yang Dirujuk:

^{1. Choquette, K. D., Lee, M. L., Ozden, S., Guo, Z., Xu, S., & Park, J. S. (2024). Laser Emisi Permukaan Kristal-Fotonik Dielektrik Terbenam yang Dipompa dengan Cahaya. IEEE Photonics Journal, 16(3), 1–8. https://doi.org/10.1109/JPHOT.2024.10965337}