ќптическа€ антенна нового типа позволит светодиодам стать заменой лазерам в области коммуникаций

ќптическа€ антенна нового типа позволит светодиодам стать заменой лазерам в области коммуникаций
»спользу€ знани€ в области теории построени€ антенн, накопленные человечеством более чем за 120 лет использовани€ радиоволн, исследователи из Ќациональной лаборатории имени Ћоуренса в Ѕеркли (Lawrence Berkeley National Laboratory) изготовили опытный образец оптической антенны, использование которой позвол€ет увеличить интенсивность света от наноразмерного светодиодного источника более чем в 115 раз.

Ёта технологи€ предлагает возможность замены лазеров, требующих дл€ работы значительное количество энергии, менее "прожорливыми" источниками света на основе светодиодов. » первой областью, котора€ может выиграть от такой замены, станет область оптических коммуникаций малой дальности, котора€ может быть использована дл€ организации св€зи между отдельными компонентами одного чипа.

¬о всех исследовани€х в области оптических коммуникации малой дальности в качестве источников света в насто€щее врем€ используютс€ полупроводниковые лазеры, которые встраиваютс€ пр€мо в структуру чипов. Ќо такое использование лазеров не всегда оправдано, их изготовление чревато технологическими сложност€ми, а дл€ работы они требуют существенного количества энергии. »деальной заменой лазерам могут стать светодиоды, однако, сверхминиатюрные светодиоды не в состо€нии произвести поток света необходимой интенсивности.

ѕроцесс непосредственного излучени€ фотонов, который происходит в структуре светодиодов, заключаетс€ в электрическом возбуждении электронов, которые переход€т на более высокий энергетический уровень.  огда электрон переходит обратно на более низкий энергетический уровень, он излучает фотон света, сбрасыва€, таким образом, излишки энергии. ќднако, еще не существует способа надежного управлени€ переходами электронов на низкий энергетический уровень из-за чего свет, излучаемый таким источником, имеет неравномерную интенсивность и распростран€етс€ в случайных направлени€х.

ѕри реализации процесса стимулируемого излучени€ фотонов используетс€ электромагнитное поле, колеблющеес€ на частоте переходного состо€ни€ электронов. Ёто позвол€ет получить некую дипольную область, колеблющуюс€ с заданной частотой. Ќаличие такой области побуждает электроны измен€ть свои энергетические уровни более упор€дочено и это можно использовать дл€ обеспечени€ контрол€ за излучением фотонов.
20150207_1_2.jpg

¬ устройстве, созданном физиками из лаборатории Ћоуренса, источник света, сверхминиатюрный светодиод, находитс€ в центре миниатюрной дипольной антенны. ƒействие, оказываемое этой антенной, позвол€ет создать вышеупом€нутую дипольную область, котора€ выступает в роли усилител€ потока излучаемого света. —ама "оптическа€ антенна" изготовлена из золота, а по конструкции она представл€ет собой так называемую арочную антенну. ¬ центре этой антенны располагаетс€ светодиод InGaAsP (Indium Gallium Arsenide Phosphide), покрытый слоем диоксида титана, выступающего в роли диэлектрического изол€тора.

—оздав столь необычную конфигурацию светоизлучающего устройства, ученые добились увеличени€ интенсивности излучаемого света в 115 раз. “акое увеличение уровн€ излучени€ определ€етс€ разностью эффективности способа пр€мого и стимулированного излучени€, которые были описаны немного выше. » получившийс€ высокоэффективный светодиодный источник света теперь может конкурировать с самыми лучшими образцами источников света на основе полупроводниковых лазеров.

"»спользование оптических антенн в теории позволит увеличить уровень излучени€ источника света более чем в 2500 раз, увеличива€ общую эффективность источника в целом минимум на 50 процентов" - рассказывает профессор ≈ли яблонович (Eli Yablonovitch), ученый из лаборатории Ћоуренса, - "“акие источники света на основе светодиодов с оптическими антеннами могут быть легко интегрированы на кристаллы цифровых чипов, дава€ им возможность более быстро передавать информацию и увеличива€ их вычислительную мощность".

 роме систем оптических коммуникаций, светодиоды с оптическими антеннами могут найти применение и в р€де других областей, в частности, в датчиках различных типов, в системах синтеза изображений и в оптических системах хранени€ данных.

»сточник
  • ƒата публикации: 11.02.2015
  • 1996
ќќќ Ђƒ≈Ћќ¬џ≈ —»—“≈ћџ —¬я«»ї
ќтраслевой информационно-аналитический портал, посв€щЄнный энергетике Ѕеларуси. јктуальные новости и событи€. ѕодробна€ информаци€ о компани€х, товары и услуги.
220013
–еспублика Ѕеларусь
ћинск
ул. ул. Ѕ. ’мельницкого, 7, офис 310
+375 (17) 336 15 55 , +375 (25) 694 54 56 , +375 (29) 302 40 02 , +375 (33) 387 08 05
+375 (17) 336 15 56
info@energobelarus.by
ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

191611654
5
5
1
150
150