I gcomparáid le léasair gáis toirtiúla agus léasair snáithíní, tá na buntáistí a bhaineann le méid beag, éifeachtacht ard fuinnimh, comhleanúnachas ard, agus inrialaitheacht ard ag léasair leathsheoltóra. Mar sin féin, úsáid na n-ábhar leathsheoltóra mar an t-ábhar oibre a thabhairt ar aird astú sceitimíní ar an léasair, ach freisin tá a chuid lochtanna bunúsacha féin: saintréithe teocht bocht, éasca le torann a ghiniúint, an scaipeadh éadrom aschur tromchúiseach. Ceann de na hiarmhairtí a bhaineann leis na lochtanna seo ná - tá sé deacair an leibhéal gile a bhaint amach le haghaidh gearradh cruach tiubh de ghrád tionsclaíoch agus mar sin de.
Mar sin féin, d’fhéadfaí a bheith ag súil go mbrisfidh toradh taighde a foilsíodh an tseachtain seo caite san iris Nature an cás seo, príomhdhul chun cinn::
Tuairiscítear go bhfuil grúpa taighdeoirí ag Ollscoil Kyoto sa tSeapáin, faoi stiúir Comhalta IEEE Susumu Noda, tar éis céim mhór chun cinn a dhéanamh chun teorainneacha gile léasair leathsheoltóra a shárú trí struchtúr léasair astaithe dromchla criostail fótóinic (PCSELanna) a athrú.
Tá criostail fhótónacha comhdhéanta de phoill inséidte nana-scála rialta bréifneach i mbileog leathsheoltóra. Tá léasair criostail fhótóinic ar cheann de na "imreoirí féideartha" i réimse na léasair ard-ghile, ach go dtí seo, níor éirigh le hinnealtóirí iad a thabhairt suas chun bíomaí geal a sholáthar le húsáid le haghaidh gearradh agus próiseáil miotail iarbhír. Tá taighdeoirí ag obair chun feidhmíocht léasair leathsheoltóra a bharrfheabhsú, lena n-áirítear éifeachtúlacht chomhshó cumhachta, cumhacht aschuir, cáilíocht bhíoma, leibhéal fuinnimh léasair, tréithe speictreach, méid, stóinseacht torainn neamh-inmhianaithe agus bainistíocht theirmeach, iontaofacht, etc. (Nóta: Is gile a tomhas ar chumhacht aschuir léasair agus ar cháilíocht an léasa, a chuimsíonn méid fócais agus éagsúlachta léas solais. (Tá luach tairsí próiseála miotail thart ar 1 gigawatt/cm2.)
Tá níos mó ná 20 bliain de thaithí taighde i bhforbairt PCSEL carntha ag an bhfoireann taighde thuasluaite faoi stiúir an Acadaimh Susumu Noda. I dtéarmaí torthaí nithiúla: bhí siad in ann léasair a fhorbairt le trastomhas 3 mm, arb ionann é agus méadú 10-ar an limistéar thar na feistí PCSEL roimhe seo le trastomhas 1 mm. Is é 50W cumhacht aschurtha an léasair nuálaigh seo, ar méadú suntasach é sin i gcomparáid le cumhacht aschurtha 5-10W de 1mm PCSELs. Tá gile an léasair nua seo thart ar 1GW/cm2/str, ar leor é do raon feidhmchlár atá faoi cheannas léasair gáis agus snáithíní faoi láthair, mar shampla déantúsaíocht chliste bheachtais i dtionscail na leictreonaice agus na ngluaisteán. Is leor an leibhéal ard gile seo freisin le haghaidh feidhmchláir níos sainiúla amhail cumarsáid satailíte agus tiomáint satailíte.
Le méadú ar mhéid agus ar ghile na léasair criostail fhótónacha, déantar roinnt dúshlán. Go sonrach, téann léasair leathsheoltóra i ngleic le scrogaill nuair a leathnaítear a n-achar astaíochta: ciallaíonn limistéar léasair níos leithne go bhfuil spás ann le haghaidh ascaluithe leanúnacha solais sa treo astaithe agus go cliathánach, agus na hascaluithe cliathánach seo (ar a dtugtar Modhanna Ard-Ord/Móid Ardoird ) scrios go beacht ar cháilíocht an bhíoma. Ina theannta sin, má théann an léasair faoi oibriú leanúnach, athraíonn an teas taobh istigh den léasair innéacs athraonta an fheiste, rud a fhágann go dtiocfaidh meath breise ar cháilíocht an bhíoma.
Is é an príomhphointe cinn atá tugtha ag foireann taighde Susumu Noda ná go bhfuil criostail fhótónacha leabaithe acu sa léasair agus gur athraigh siad an ciseal machnaimh inmheánaigh chun ascalú aon-mhodha a chumasú thar limistéar níos mó agus chun damáiste teirmeach a chúiteamh. Ligeann an dá athrú seo don PCSEL ardchaighdeán bhíoma a choinneáil fiú le linn oibriú leanúnach.
Chun an criostal fótónach a leabú, dhear an fhoireann patrún poill sa chiseal criostail a sraonann solas ar bhealach éifeachtach, agus mar thoradh air sin bhí léas gan mórán éagsúlachta. Bhain siad úsáid as liteagrafaíocht nana-imprint chun na criostail fhótónacha a dhéanamh, rud a chuir dlús leis an táirgeadh.
I léasair criostail fótónach tipiciúil, déanann na cuais seo, a bhfuil innéacs athraonta difriúil acu ná an leathsheoltóir máguaird, an solas taobh istigh den léasair a shraonadh go beacht. Agus dhear foireann taighde Susumu Noda patrún na bpoll sa chriostail ionas go ndéanfaí an solas a shraonadh le sraith de phoill ciorclach agus éilipseacha a fhanann an ceathrú cuid de thonnfhad léasair ar shiúl óna chéile. Ar deireadh, bíonn na sraonuithe seo ina gcúis le caillteanais sna patrúin ardoird, rud a fhágann go mbíonn léas ardcháilíochta ann nach bhfuil mórán éagsúlachta ann.
Tá an coincheap seo maith go leor le haghaidh léasair 1 mm, ach tá gá le tuilleadh nuálaíochta chun é a leathnú go limistéar 3 mm. Chun ascalaithe aon-mhód a bhaint amach thar limistéar níos mó, choigeartaigh na taighdeoirí suíomh an fhrithchaiteora ag bun an léasair, rud a d'fhág go raibh níos mó caillteanas mód gan iarraidh sa treo ingearach.
Mar fhocal scoir, thug foireann taighde Susumu Noda aghaidh freisin ar fhadhb an teasa ag athrú innéacs athraonta na feiste agus ag cruthú an bhíoma éagsúil. Réitigh siad an fhadhb seo trí athrú beagán a dhéanamh ar thréimhse na bpoll gáis sa chriostail fhótónach ionas go mbeidh siad san áit cheart nuair a bhíonn an léasair ag cumhacht iomlán.
Bhunaigh a fhoireann an Lárionad Sármhaitheasa um Léasair Astaithe Dromchla Criostail Fhótónacha in Ollscoil Kyoto, a chlúdaíonn réimse 1,000m2, agus tá baint ag níos mó ná 85 cuideachta agus institiúid taighde le forbairt na teicneolaíochta PCSEL. Tá an fhoireann ag tionsclaíocht a ndearadh PCSEL le haghaidh olltáirgeadh.
Mar chuid den phróiseas seo, tá an tiontú ó liteagrafaíocht leictreoin-léas do chriostail fhótónacha go liteagrafaíocht nanaimprint do chriostail fhótónacha críochnaithe acu. Tá liteagrafaíocht leictreon-bhíoma an-bheacht, ach de ghnáth ró-mhall le haghaidh táirgeadh mais. Tá liteagrafaíocht nana-imprint, a stampálann patrún go bunúsach ar leathsheoltóir, luachmhar chun patrúin an-rialta a chruthú go tapa.
Mhínigh Noda go leathnóidh an fhoireann trastomhas an léasair tuilleadh sa todhchaí ó 3 mm go 10 mm, méid a d'fhéadfadh 1 kW de chumhacht aschuir a tháirgeadh, cé go bhféadfaí an sprioc seo a bhaint amach freisin trí úsáid a bhaint as sraith de PCSELanna 3 mm. Tá sé ag súil go bhféadfaí an teicneolaíocht chéanna leis an bhfeiste 3 mm a úsáid chun scála suas le 10 mm (a mheastar go mbeidh beam 1 kW ann), agus gur leor an dearadh céanna a úsáid.
