Nanostrukturbaserede lasere til informations- og kommunikationsteknologier

Tingenes internet (IoT) muliggør sammenkobling og dataoverførsel mellem et væld af fysiske objekter, såsom terminalenheder, køretøjer, og bygninger, der er indlejret med elektronik, software, sensorer, aktuatorer, og netværksforbindelse. I 5G og 6G optiske netværk, kommunikation med høj hastighed og lav latens muliggør sammenkobling mellem en lang række endepunkter gennem IoT. Desuden, kvanteteknologier er på vej til at omforme internettets fremtid ved at levere betydeligt hurtigere og langt mere sikker datatransmission på grund af nye krypteringsprotokoller baseret på kvantelove. Tommelfingerreglen for sådanne nøgleapplikationer er, at de alle kræver brug af laserkilder til at udføre komplekse opgaver med ultrahurtig hastighed og for at muliggøre bredbånd, sikker og energieffektiv kommunikation.

For at nå disse mål, halvleder nanostrukturer med lav dimensionalitet som kvanteprikker og kvantestreger er en af ​​de bedste attraktive og heuristiske løsninger til at opnå højtydende lasere. I et nyt blad udgivet i Lysvidenskab og anvendelse , et hold af videnskabsmænd, ledet af professor Frédéric Grillot fra Télécom Paris, Institut Polytechnique de Paris, Frankrig, og kolleger har gennemgået deres seneste resultater om nanostrukturerede lasere ved at bruge en aktiv region lavet med kvanteprikker og kvantestreg nanostrukturer. Undersøgelsen demonstrerer vigtigheden af ​​at bruge nanostrukturbaserede lysgivere og fremhæver den indvirkning, disse fotoniske enheder har på industrien og samfundet. Vigtigheden af ​​dette arbejde udføres på grund af stærke verdensomspændende akademiske samarbejdspartnere, alle eksperter i kvantepunktteknologi.

"Vi fremhæver potentialet ved både kvantepunkt- og kvantestreg-lasere til drift med lav støj, fordi de har en lav populationsinversionsfaktor og reduceret forstærket spontan emissionsstøj samt lav linjebreddeforbedringsfaktor. Lasere med smal linjebredde og lav relativ intensitetsstøj er nødvendige for sammenhængende kommunikation, optiske atomure, frekvenssyntese, højopløsningsspektroskopi og distribuerede sensorsystemer."

"På grund af det stramme integrationsniveau af flere optoelektronikkomponenter på en fotonisk chip, heterogent integrerede hybride halvlederlasere på silicium er mere reflektionsfølsomme. Vi har bevist den fremragende stabilitet mod optisk feedback fra de epitaksiale kvantepunktlasere, hvilket er den største præstation nogensinde for at skubbe udviklingen af ​​isolationsfri transmissioner på siliciumchips" tilføjede de.

"Et andet ejendommeligt træk ved kvanteprikker er resultatet af deres store optiske ikke-lineariteter med hurtig responshastighed. Ved at bruge en enkelt sektion af kvanteprikker direkte dyrket på silicium, det er muligt at opnå tilstrækkelig fire-bølge blandingskonverteringseffektivitet til at demonstrere selv-mode-låsning med sub-picosecond puls varighed og kHz frekvens-kam linjebredde."

"Fremtidsperspektivet kan overveje at implementere kvantepunkter i kvanteteknologier som f.eks. For sammenhængende og klemende lystilstande. Især klemmetilstande kan bruges til at erstatte skudstøj-begrænsede laserkilder, hvorved en ultralav støjoscillator, der arbejder under standardkvantegrænsen, er yderst meningsfuld i metrologi, spektroskopi og til eventuelle præcisionsmålinger. Udover, i kvantenøglefordeling baseret på sammenfiltrede fotoner, en stor pressebåndbredde er ønskelig for at opnå højhastighedsdatatransmissioner" forudser forskerne.

"Baseret på resultaterne rapporteret i denne artikel, videnskabsmænd, forskere, og ingeniører kan komme med en informeret vurdering i at bruge selvsamlede nanostrukturer til applikationer lige fra siliciumbaserede integrerede teknologier til kvanteinformationssystemer."