Laserens gennembrud, der kunne gøre teknologien endnu hurtigere

Lasere er blevet en stor del af vores daglige liv.

Fra telefoner og tablets til selvkørende biler og datakommunikation – selv den information, du læser lige nu, bliver sandsynligvis leveret til dig via lasere.

Teknologiens anvendelsesmuligheder er så brede, at selv de forskere, der dagligt beskæftiger sig med lasere, bliver konstant overrasket.

Blandt dem er University of Queensland Research Fellow Dr. Martin Plöschner fra School of Information Technology and Electrical Engineering (ITEE).

"Jeg har arbejdet med lasere i de sidste 15 år, og alligevel bliver jeg ofte overrasket over at finde dem på de mest uventede steder," sagde Dr. Plöschner.

"I mange af deres applikationer opererer lasere i en del af spektret, som er usynligt for vores øjne.

"Og hvad øjnene ikke kan se, ved sindet ofte ikke om.

"Hvis lasere opererede mere i den synlige del af spektret, ville verden omkring os være et storslået lasershow."

En sådan skjult anvendelse af lasere er optisk datakommunikation – hvor laserlys lyner gennem optiske fibre for at levere information.

Men den stadigt stigende efterspørgsel efter hurtigere og hyppigere adgang til data presser optiske fibernetværk rundt om i verden til deres grænse – den såkaldte "kapacitetsknas."

Dr. Joel Carpenter fra UQ's ITEE sagde, at laserlysimpulserne, der sendes langs glas- eller plastfibrene, bevæger sig med forskellige hastigheder og kan overlappe hinanden, hvilket bremser processen.

"Forestil dig at råbe til en ven gennem et langt betonrør," sagde Dr. Carpenter. "Din besked vil forvrænges afhængigt af, hvor meget røret ekkoer, og du skal også vente på, at ekkoerne forsvinder fra én besked, før du kan sende den næste.

"Det er et lignende problem i store grupper af computerservere, hvor mængden af ​​ekko afhænger af formen og farven på de lasere, der sendes ind i den optiske fiber."

Måling af egenskaberne af lasere er afgørende for at lave forbedringer, men der har ikke været nogen metode til fuldt ud at fange denne kompleksitet.

Indtil nu.

Dr. Plöschner, Dr. Carpenter og deres team – med ekspertise i laserstrålemanipulation, -formning og karakterisering – var ivrige efter at løse problemet.

De samarbejdede med den førende laserproducent II-VI Inc. og brugte tre år på at arbejde på en måde at gøre lasere hurtigere og forbedre deres ydeevne.

De udviklede et værktøj, der måler output fra vertikal-kavitet overflade-emitterende lasere (VCSEL'er) og tillader undersøgelse af de store mængder data, deres lys bærer.

"Selve systemet er omtrent på størrelse med en skoæske og indsættes simpelthen i laserstrålens bane," sagde Dr. Plöschner.

"Det kan fortælle os, hvordan laserstrålen udvikler sig over tid og ændrer sin form og farve.

"Denne information er afgørende for, hvordan strålen bevæger sig gennem fiberforbindelsen."

Resultaterne kan nu bruges til at forbedre den næste generation af lasere.

"Vores værktøj vil gøre det muligt at identificere de stråleegenskaber, der bidrager til 'pulsspredning' i den optiske forbindelse, som bremser dataene," sagde Dr. Plöschner.

"Laseringeniører kan derefter designe lasere uden disse useriøse funktioner, hvilket fører til optiske links med højere hastighed og længere driftsafstand.

"Og ethvert værktøj, der kan lette hurtigere dataoverførsel over længere afstande, er nyttigt."

Dr. Plöschner sagde, at forbedret laserteknologi vil være til gavn for en række industrier, fra telekommunikation til sikkerhed og bilproduktion.

"Autonome biler bruger lasere til at lave et 3D-billede af scenen for at hjælpe dem med at navigere gennem trafikken eller parkere baglæns på et snævert sted," sagde han.

"Og du bliver scannet af hundredvis af små lasere, hver gang du bruger ansigtsgenkendelse til at låse din smartphone op.

"Det kommer ikke som nogen overraskelse, at der er en enorm efterspørgsel efter at lave lasere med forbedret ydeevne.

"Dette gennembrud vil låse op for en informationsskat af optiske stråler."

Forskningen er blevet offentliggjort i Nature Communications . + Udforsk yderligere

Forskere opfinder topologisk hulrums overflade-emitterende laser