Diody LED, cienkie jak ludzki włos, mogą wkrótce przejąć zadania tradycyjnie wykonywane przez lasery, od przesyłania danych w szafach serwerowych po zasilanie wyświetlaczy nowej generacji. Nowe badanie, którego współautorem jest Roark Chao, doktorant Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara, wskazuje realną drogę naprzód. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie *Optics Letters*.
Roark Chao, który studiuje elektrotechnikę, powiedział: „Dddhhh Mówimy o urządzeniach, które są tak naprawdę wielkości mieszka włosowego. Jeśli uda się zaprojektować sposób emisji światła, te miniaturowe diody LED mogłyby zacząć zastępować lasery w komunikacji danych krótkiego zasięgu”.
Badanie prezentuje nowatorską konstrukcję miniaturowych diod elektroluminescencyjnych (LED), która jednocześnie poprawia wydajność i kierunkowość wiązki. Dzięki zastosowaniu rozproszonych reflektorów Bragga, otaczających bocznie obszar emitujący, naukowcy uzyskali o około 20% wyższą moc wyjściową po stronie powietrza i o ponad 130% wyższą moc wyjściową po stronie podłoża w porównaniu z urządzeniem referencyjnym, jednocześnie zmniejszając kąt rozbieżności wiązki o około 30%.
Oprócz precyzyjniejszego kierowania światłem, przeprojektowane diody microLED oferują znacznie wyższą wydajność. Zespół badawczy zaobserwował około 35% poprawę sprawności elektrycznej i 46% poprawę sprawności wtyczki w porównaniu z tradycyjnymi konstrukcjami microLED – co oznacza, że urządzenia te mogą przetwarzać więcej energii elektrycznej pobieranej z gniazdek elektrycznych na światło użytkowe.
Mikrodiody LED — zwykle o szerokości 100 mikrometrów lub mniejszej — stają się obiecującą alternatywą dla laserów w łączach optycznych krótkiego zasięgu, szczególnie w centrach danych, gdzie zarządzanie temperaturą, niezawodność i zużycie energii wciąż stanowią poważne wyzwanie.
"Głównym problemem laserów jest to, że zaczynają one wykazywać problemy termiczne w stosunkowo niskich temperaturach, mówi Roark Chao. "Mikrodiody LED można zasilać w znacznie wyższych temperaturach bez konieczności skomplikowanego chłodzenia. Oznacza to rzadszą wymianę, niższe koszty i większą elastyczność w centrach danych."
Wraz z ciągłym rozwojem chmury obliczeniowej i sztucznej inteligencji, centra danych muszą przesyłać ogromne ilości informacji szybko i sprawnie. Nawet niewielkie ulepszenia w zakresie źródeł światła mogą mieć znaczący wpływ na gospodarkę.
„To, co jest ekscytujące w mikrodiodach LED, to fakt, że oferują one wiele rozwiązań w ramach jednego pakietu” – mówi Roark Chao. „Mogą usprawnić komunikację danych, umożliwić produkcję jaśniejszych, cieńszych wyświetlaczy, a nawet znaleźć zastosowanie w takich obszarach jak rzeczywistość rozszerzona czy wirtualna – a wszystko to przy użyciu tej samej technologii”.
Roark Chao rozpoczął studia licencjackie na kierunku elektrotechnika na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Barbara w 2020 roku, a następnie kontynuował naukę na studiach doktoranckich. Uważa, że wszechstronna infrastruktura badawcza uniwersytetu, od rozwoju materiałów, przez nanofabrykację, po testowanie urządzeń, przyczynia się do przyspieszenia tempa prac.
„Można symulować projekty, hodować kryształy, tworzyć urządzenia i testować – wszystko na terenie kampusu” – mówi Roark Chao. „To właśnie szybkość od koncepcji do eksperymentu sprawia, że to miejsce jest tak potężne”.
