Maaaring Gawing Mas Malakas ng Advanced PCSELs ang mga Laser Militar

Isang koponan mula sa Illinois Grainger Engineering ang nagpakilala ng bagong uri ng disenyo ng laser na nagbibigay ng mas mataas na liwanag at mas pinong sinag. Ang mga advanced na PCSEL ay naglalaman ng sub-mikron na nakabaong dielectric na silicon dioxide upang mapanatili ang kanilang sinag nang mas matagal, binubuksan ang pintuan para sa mga advanced na sandata ng enerhiya, mga sistema ng LiDAR, at komunikasyon sa kalawakan. Narito kung paano magkakaroon ng malaking pag-upgrade ang mga laser.

Patuloy na umuunlad ang teknolohiyang laser upang matugunan ang lumalaking pangangailangan para sa mga kagamitang pinapagana ng laser. Sa kasalukuyan, mga bagay tulad ng iyong EV ay gumagamit ng mga laser para mag-navigate sa pamamagitan ng LiDAR. Gayundin, ginagamit ng mga industriyal na tagagawa ang mga laser para sa lahat mula sa pag-scan hanggang sa welding, pag-ukit, at iba pa. Dahil dito, naging mahalagang bahagi na ng pang-araw-araw na buhay ang teknolohiyang laser.

VCSELs

Ang pinaka-karaniwang uri ng laser na ginagamit sa mga high-end na aplikasyon ay ang vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs). Ang mga VCSEL ay may monolitikong laser resonator sa kanilang mga diode na lumilikha ng sinag na tumatayo mula sa chip patayo sa ibabaw nito.

Ang istilong ito ng laser ay perpekto para sa maikling distansya, kaya angkop ito para sa mga gawain tulad ng laser printing, pag-scan ng barcode, at kahit maikling distansyang LiDAR tulad ng nasa iyong smartphone. Ang mga benepisyo ng VCSEL ay abot-kaya at may napatunayang disenyo.

Gayunpaman, kulang ang mga VCSEL pagdating sa mas advanced na aplikasyon. Ang mga laser na ito ay limitado sa kanilang kapangyarihan at kakayahang mag-distansya, kaya’t nagiging lipas ito kapag tinatalakay ang mga opsyon para sa advanced na depensa ng missile o komunikasyon sa kalawakan.

PCSELs

Matagal nang alam ng mga siyentipiko na kailangan nila ng mas makapangyarihang alternatibo. Noong 2020, ang pagpapakilala ng photonic-crystal surface-emitting lasers (PCSELs) ay nagbukas ng pintuan para sa isang bagong henerasyon ng mga kagamitang pinapagana ng laser. Ang istilong ito ng laser ay naglalabas ng liwanag direkta mula sa ibabaw nito sa pamamagitan ng mga photonic crystal.

Ang mga photonic crystal ay subwavelength na periodikong estruktura na maaaring baguhin ang mga electromagnetic wave sa kanilang paligid. Hindi tulad ng kanilang mga nauna, ginagamit nila ang kanilang two-dimensional photonic crystal na disenyo upang i-diffract at i-couple ang mga sinag ng liwanag.

Mula doon, ang bagong nabuo na two-dimensional standing wave ay dumadaan sa gain material, na nagpapalakas ng kapangyarihan nito. Ang estratehiyang ito ay nagpapahintulot sa mga inhinyero na palakasin ang gain sa halip na ang input na kapangyarihan ng laser upang mapataas ang liwanag ng sinag. Bilang resulta, nagawang mapanatili ng mga inhinyero ang iisang lasing mode.

Problems with PCSELs

Kapansin-pansin, may ilang limitasyon na nagpipigil sa kakayahan ng PCSEL na umangkop sa mga modernong pangangailangan ng militar. Una, ang mga laser na ito ay ginagawa gamit ang mga butas ng hangin, na tumutulong sa aparato na labanan ang pagbuo ng init. Nang subukang palakihin ng mga inhinyero ang mga aparatong ito para sa mas makapangyarihang paggamit, napansin nila na ang mga atom ng semiconductor ay nagsimulang punan ang mga butas na ito, na nagdudulot ng pagbaluktot ng estruktura ng photonic crystal.

Buried Dielectric PCSELs: A Breakthrough Study

Ang mga inhinyero mula sa Grainger College of Engineering sa University of Illinois Urbana-Champaign ay kamakailan lamang nagpakita ng paraan upang mabawasan ang mga isyung ito. Ang kanilang papel¹, na may pamagat na “Photopumped Buried Dielectric Photonic-Crystal Surface-Emitting Lasers“, ay naglalahad ng bagong pamamaraan na nag-iintegrate ng sub-micron na nakabaong dielectric (SiO2) na mga tatsulok bilang low-index na bahagi ng photonic crystal.

Pinagmulan – IEEE Photonics Journal

Nagsimula ang mga inhinyero sa pamamagitan ng pagpuno ng karaniwang mga puwang ng hangin ng solidong dielectric material. Ang pamamaraang ito ay nagtiyak na ang mga photonic crystal ay hindi magbabago habang muling lumalaki. Ang bagong disenyo ay nagbigay-daan sa aparato na maglabas ng init nang mas mabilis, na nagpapabuti ng kahusayan at tibay.

Ayon sa kanilang ulat, ganap na nilagyan ng balot ng mga inhinyero ang mga photonic crystal. Partikular, ang mga sukat ng gilid ng dielectric na tatsulok ay itinakda mula 200 hanggang 260 nm. Gayundin, ang paggamit ng silicon dioxide ay nagbigay-daan sa mga kristal na lumago sa paligid ng dielectric material, na nagbigay ng mas mahusay na suporta at pinahusay na pagganap.

Testing the Buried Dielectric PCSELs

Upang subukan ang kanilang teorya, gumawa ang mga inhinyero ng buried dielectric PCSELs at isinailalim ito sa ilang photopumping na eksperimento. Partikular, ginamit ng koponan ang isang long-pass filter sa isang liquid-nitrogen-cooled InGaAs linear array spectrometer at InGaAs SWIR cameras upang subaybayan ang lasing spectra at mga pattern ng field.

Ginamit din ng koponan ang isang naka-align na dichroic filter na inilagay sa pagitan ng lente at PCSEL upang subaybayan ang malalayong pattern ng imahe. Ang pamamaraang ito ay nag-proyekto ng 1.5-um na liwanag sa isang screen na nakalagay 65 mm mula sa sample. Ipinakita ng mga pagsubok na ito ang ilang kawili-wiling resulta.

Results: Advanced PCSELs Performance

Ipinakita ng bagong disenyo ng laser ang mas mataas na kapangyarihan at pagiging maaasahan kumpara sa mga nauna. Dagdag pa rito, nagpakita ito ng resistensya laban sa thermal conductivity, kahit na sa patuloy at mabigat na paggamit. Mas kawili-wili pa ay ang laser ay maaaring mapatakbo sa temperatura ng silid at sa mga wavelength ng liwanag na ligtas para sa mata ng tao.

Advanced PCSELs Benefits

Maraming benepisyo ang hatid ng upgraded na PCSEL sa merkado. Una, magbubukas ito ng pintuan para sa mas pare-pareho at mas matagal na pag-project ng mga laser. Ang mga aparatong ito ay gagamit ng mas kaunting enerhiya at maaaring manatiling mas malamig sa patuloy na operasyon.

Improved Reliability

Isa pang benepisyo ay ang kanilang pangmatagalang pagiging maaasahan. Ang mga naunang bersyon ng PCSEL ay nakararanas ng pagbaba ng pagganap sa paglipas ng panahon dahil ang mga kristal na tumutulong sa pagbuo ng sinag ay nagsisimulang masira dahil sa atom interference. Ang pinakabagong pamamaraan na ito ay nag-aalis ng problemang ito, na nangangahulugang ang mga aparatong ito ay may mas mahabang buhay.

Mas Mataas na Kakayahan sa Kapangyarihan

Ang pangunahing benepisyo ng PCSEL ay kaya nitong hawakan ang mas maraming kapangyarihan. Ang kakayahang ito ay ginagawang perpekto ito para sa susunod na henerasyon ng directed energy weapons. Ang mga sistemang ito ay itinuturing na kinabukasan ng kagamitang militar dahil sa ilang kadahilanan, kabilang na ang halos walang katapusang bala, na limitado lamang ng kanilang suplay ng enerhiya.

Real-World Applications for PCSELs

Maraming aplikasyon para sa mas maaasahan at mas mataas na kapangyarihang mga laser. Ang mga aparatong ito ay makikita sa lahat mula sa mga drone hanggang sa EVs at kahit sa mga sasakyang pangkalawakan. Marami na ang nakikita ang teknolohiyang ito bilang mahalaga sa mga disenyo ng kinabukasan ng kagamitang militar.

Next-Generation LiDAR Systems

Binabago ng LiDAR ang paraan ng pakikipag-ugnayan at pagtingin ng mga tao sa mundo. Sa kasalukuyan, ang high-powered LiDAR ay tumutulong sa pagmamapa ng mga hindi kilalang rehiyon sa loob ng mga gubat o sa ilalim ng dagat. Ang mga sistemang ito ay magiging mas matibay at mas kakayahan habang tumataas ang kapangyarihan ng mga laser na kanilang ginagamit.

Advanced Laser Weapon Systems

Nais ng militar na gamitin ang teknolohiyang ito upang lumikha ng mga laser na kayang sirain ang mga missile at sasakyang kalaban. Ang mga sandatang ito ay sinusubukan na sa loob ng mga dekada. Gayunpaman, kamakailan lamang nagsimulang makita ang integrasyon nito sa mga sasakyan. Bagaman nasa yugto pa ng pagsubok, ang mga sandata na pinapagana ng laser ay isang araw mamamayani sa mga larangan ng labanan sa hinaharap.

PCSELs Adoption Timeline

Maaaring tumagal pa ng 20 taon bago makarating ang teknolohiyang ito sa mga sibilyan. Marami pang pananaliksik ang kailangang gawin hinggil sa pag-scale up ng disenyo at pagtiyak ng kanilang kaligtasan. Habang kailangang maghintay ang mga sibilyan, malamang na makikita ang teknolohiyang ito sa paggamit ng militar sa susunod na dekada.

Meet the PCSEL Research Team

Pangunahan ng Grainger College of Engineering sa University of Illinois Urbana-Champaign ang pag-aaral ng PCSELs. Partikular, si Kent Choquette ay nakalista bilang pangunahing may-akda ng pag-aaral. Nakatanggap siya ng matibay na suporta mula sa mga miyembro ng Minjoo Larry Lee group. Kapansin-pansin, ang buong proyekto ay nakatanggap ng pondo at suporta mula sa Air Force Research Laboratory,

Future Outlook for Advanced PCSELs

Ngayon, pag-iimprobahin ng mga inhinyero ang kanilang kasalukuyang disenyo. Plano nilang gawing mas maaasahan ang aparato at palakihin ang kapangyarihan nito habang binabawasan ang sukat. Dagdag pa, magtatrabaho sila sa paglikha ng mga sustainable na proseso ng paggawa upang mapabilis ang proseso ng pagmamanupaktura.

Investing in the Laser Industry

May ilang nangungunang kumpetisyon sa industriya ng laser. Patuloy na nakikita ng mga kumpanyang ito ang pagtaas ng kita habang lumalago ang pangangailangan para sa kanilang high-tech na laser. Narito ang isang kumpanya na nananatiling dominanteng puwersa sa sektor ng laser at maaaring makinabang mula sa anumang malaking pag-upgrade sa teknolohiya.

Laser Photonics Corp

Ang Laser Photonics Corp (LASE ) ay pumasok sa merkado noong 2019 at nakabase sa Orlando, Florida. Mula noon, ang kumpanya ay nag-specialize sa produksyon ng high-power at industrial na laser. Sa kasalukuyan, nag-aalok ito ng halo ng mga standard at customized na solusyon sa laser para sa mga industriyal na kliyente.

Nakamit ng kumpanya ang repatriation para sa kalidad dahil sa mga maaasahang laser cleaning system, mga opsyon sa pagputol, at mga finishing device nito. Ang mga popular na aparatong ito ay nagpakita ng pangako ng Laser Photonics sa paghahatid ng maaasahan at epektibong solusyon sa laser. Ang mga naghahanap ng exposure sa mabilis na umuunlad na sektor ng paggawa ng laser ay dapat magsagawa ng karagdagang pananaliksik tungkol sa Laser Photonics Corp.

Latest Laser Photonics Corp (LASE) Stock News and Developments

Advanced PCSELs | Conclusion

Ang Advanced PCSELs ay magdadala ng bagong panahon sa teknolohiya. Sa kasalukuyan, ang mga siyentipiko ay nagsusuri ng susunod na henerasyon ng mga laser propulsion system at mga network ng komunikasyon. Ang pagpapakilala ng mas maaasahan at ligtas sa mata na laser sa ekwasyon ay magpapalakas lamang sa mga pagsisikap na ito, na magdudulot ng mas malaking inobasyon. Sa ngayon, marami pang gawain ang kailangang tapusin, ngunit ang koponang ito ng mga makabagong inhinyero ay naglatag ng matibay na pundasyon para sa mga susunod na pagsisikap.

Alamin ang iba pang kahanga-hangang breakthrough dito.

Mga Pag-aaral na Binanggit:

^{1. Choquette, K. D., Lee, M. L., Ozden, S., Guo, Z., Xu, S., & Park, J. S. (2024). Photopumped buried dielectric photonic-crystal surface-emitting lasers. IEEE Photonics Journal, 16(3), 1–8. https://doi.org/10.1109/JPHOT.2024.10965337}