PCSEL Canggih Bisa Membuat Laser Militer Jauh Lebih Kuat

Tim dari Grainger Engineering, Illinois, telah memperkenalkan jenis desain laser baru yang menghasilkan kecerahan lebih tinggi dan sinar yang lebih terkonsentrasi. PCSEL canggih ini menggabungkan silikon dioksida dielektrik sub-mikron yang terkubur untuk mempertahankan sinarnya lebih lama, membuka peluang bagi senjata energi canggih, sistem LiDAR, dan komunikasi ruang angkasa. Berikut ini adalah bagaimana laser akan mendapatkan peningkatan besar.

Teknologi laser terus berkembang untuk memenuhi permintaan perangkat bertenaga laser yang terus meningkat. Saat ini, perangkat seperti kendaraan listrik Anda menggunakan laser untuk navigasi melalui LiDAR. Selain itu, produsen industri juga memanfaatkan laser untuk berbagai keperluan, mulai dari pemindaian hingga pengelasan, etsa, dan sebagainya. Dengan demikian, teknologi laser telah menjadi komponen penting dalam kehidupan sehari-hari.

VCSEL

Jenis laser yang paling umum digunakan dalam aplikasi kelas atas ini adalah laser pemancar permukaan rongga vertikal (VCSEL). VCSEL memiliki resonator laser monolitik pada diodanya yang menghasilkan sinar yang diproyeksikan dari chip tegak lurus ke permukaannya.

Jenis laser ini ideal untuk jarak pendek, sehingga ideal untuk tugas-tugas seperti pencetakan laser, pemindaian kode batang, dan bahkan LiDAR jarak pendek seperti yang ada di ponsel pintar Anda. Keunggulan VCSEL adalah harganya terjangkau dan desainnya yang telah teruji.

Namun, VCSEL memiliki kekurangan dalam hal aplikasi yang lebih canggih. Laser ini terbatas dalam hal daya dan jangkauannya, sehingga tidak relevan lagi jika dibandingkan dengan opsi untuk pertahanan rudal canggih atau komunikasi ruang angkasa.

PCSEL

Para ilmuwan telah lama menyadari bahwa mereka membutuhkan alternatif yang lebih kuat. Pada tahun 2020, diperkenalkannya laser pemancar permukaan kristal fotonik (PCSEL) membuka pintu bagi generasi baru perangkat bertenaga laser. Jenis laser ini memancarkan cahaya langsung dari permukaannya melalui kristal fotonik.

Kristal fotonik adalah struktur periodik subpanjang gelombang yang dapat mengubah gelombang elektromagnetik di sekitarnya. Tidak seperti pendahulunya, kristal fotonik ini memanfaatkan desain kristal fotonik dua dimensi untuk mendifraksi dan menggabungkan berkas cahaya.

Dari sana, gelombang stasioner dua dimensi yang baru terbentuk melewati material penguat, yang memperkuat dayanya. Strategi ini memungkinkan para insinyur untuk memperkuat penguatan, alih-alih input daya laser, untuk meningkatkan kecerahan sinar. Akibatnya, strategi ini memungkinkan para insinyur untuk mempertahankan mode laser tunggal.

Masalah dengan PCSEL

Perlu dicatat, beberapa batasan telah membatasi kemampuan PCSEL untuk memenuhi kebutuhan militer modern. Salah satunya, laser ini dibuat menggunakan lubang udara, yang membantu perangkat melawan penumpukan termal. Ketika para insinyur mencoba meningkatkan skala perangkat ini untuk skenario penggunaan yang lebih canggih, mereka menyadari bahwa atom-atom semikonduktor akan mulai mengisi lubang-lubang ini, yang mengakibatkan struktur kristal fotonik menjadi terdeformasi.

PCSEL Dielektrik Terkubur: Sebuah Studi Terobosan

Para insinyur dari Grainger College of Engineering di University of Illinois Urbana-Champaign baru-baru ini menemukan cara untuk mengatasi masalah ini. Makalah mereka¹, berjudul “Laser Pemancar Permukaan Kristal Fotonik Dielektrik Terkubur yang Dipompa Foto,” menunjukkan pendekatan baru yang mengintegrasikan segitiga dielektrik (SiO2) yang terkubur sub-mikron sebagai komponen indeks rendah dari kristal fotonik.

Sumber - Jurnal Fotonik IEEE

Para insinyur memulai dengan mengisi celah udara yang biasa dengan material dielektrik padat. Pendekatan ini memastikan kristal fotonik tidak akan berubah bentuk selama pertumbuhan kembali. Desain baru ini memungkinkan perangkat untuk menghilangkan panas lebih cepat, sehingga meningkatkan efisiensi dan daya tahan.

Menurut laporan mereka, para insinyur telah membungkus kristal fotonik sepenuhnya. Lebih tepatnya, panjang sisi segitiga dielektrik diatur dari 200 hingga 260 nm. Selain itu, penggunaan silikon dioksida memungkinkan kristal tumbuh di sekitar material dielektrik, memberikan dukungan yang unggul dan meningkatkan kinerja.

Menguji PCSEL Dielektrik Terkubur

Untuk menguji teori mereka, para insinyur membuat PCSEL dielektrik terpendam dan melakukan beberapa eksperimen fotopompa. Secara khusus, tim menggunakan filter lolos-panjang dalam spektrometer larik linier InGaAs berpendingin nitrogen cair dan kamera SWIR InGaAs untuk memantau spektrum laser dan pola medan.

Tim juga menggunakan filter dikroik sejajar yang ditempatkan di antara lensa dan PCSEL untuk memantau pola gambar jauh. Pendekatan ini memproyeksikan cahaya 1.5 um ke layar yang ditempatkan 65 mm dari sampel. Pengujian ini mengungkapkan beberapa hasil menarik.

Hasil: Kinerja PCSEL Lanjutan

Desain laser baru ini menunjukkan daya dan keandalan yang lebih tinggi dibandingkan pendahulunya. Selain itu, laser ini juga tahan terhadap konduktivitas termal, bahkan ketika digunakan secara konstan dan intensif. Yang lebih menarik, laser ini dapat ditembakkan pada suhu ruangan dan pada panjang gelombang cahaya yang aman bagi mata manusia.

Manfaat PCSEL Lanjutan

PCSEL yang ditingkatkan menawarkan banyak manfaat di pasaran. Salah satunya, PCSEL akan membuka peluang bagi laser yang lebih konsisten dan berproyeksi lebih jauh. Perangkat ini akan menggunakan daya yang jauh lebih sedikit dan dapat tetap dingin selama pengoperasian konstan.

Keandalan yang Ditingkatkan

Keunggulan lainnya adalah keandalan jangka panjangnya. Versi PCSEL sebelumnya akan mengalami penurunan kinerja seiring waktu karena kristal yang membentuk berkas mulai terdegradasi akibat interferensi atom. Pendekatan terbaru ini menghilangkan masalah ini, yang berarti perangkat ini memiliki masa pakai yang jauh lebih lama.

Peningkatan Kemampuan Daya

Keunggulan utama PCSEL adalah kemampuannya menangani daya yang jauh lebih besar. Kemampuan ini menjadikannya ideal untuk senjata energi terarah generasi mendatang. Sistem ini dipandang sebagai masa depan perangkat keras militer karena beberapa alasan, termasuk amunisinya yang hampir tak terbatas, yang hanya dibatasi oleh catu dayanya.

Aplikasi Dunia Nyata untuk PCSEL

Ada banyak sekali aplikasi untuk laser yang lebih andal dan berdaya lebih tinggi. Perangkat ini akan digunakan di berbagai bidang, mulai dari drone hingga kendaraan listrik, bahkan pesawat ruang angkasa. Sudah banyak orang yang menganggap teknologi ini penting untuk desain perangkat keras militer di masa depan.

Sistem LiDAR Generasi Berikutnya

LiDAR mengubah cara orang berinteraksi dan melihat dunia. LiDAR berkekuatan tinggi saat ini membantu memetakan wilayah-wilayah yang belum diketahui, jauh di dalam hutan atau dasar laut. Sistem ini akan menjadi lebih tangguh dan mumpuni seiring dengan peningkatan daya laser yang digunakannya.

Sistem Senjata Laser Canggih

Militer berupaya memanfaatkan teknologi ini untuk menciptakan laser yang dapat menghancurkan rudal dan kendaraan musuh. Senjata-senjata ini telah diuji coba selama beberapa dekade. Namun, baru belakangan ini mereka mulai mengintegrasikannya ke dalam kendaraan. Meskipun masih dalam tahap pengujian, persenjataan bertenaga laser ini suatu hari nanti akan menguasai medan perang masa depan.

Garis Waktu Adopsi PCSEL

Mungkin butuh 20 tahun lagi sebelum teknologi ini dapat digunakan oleh warga sipil. Masih banyak penelitian yang perlu dilakukan untuk meningkatkan desain dan memastikan keselamatan mereka. Meskipun warga sipil harus menunggu, teknologi ini kemungkinan akan digunakan oleh militer dalam dekade mendatang.

Temui Tim Riset PCSEL

Grainger College of Engineering di University of Illinois Urbana-Champaign memimpin studi PCSEL. Secara spesifik, Kent Choquette tercatat sebagai penulis utama studi ini. Ia mendapat dukungan kuat dari anggota kelompok Minjoo Larry Lee. Khususnya, seluruh proyek menerima pendanaan dan dukungan dari Laboratorium Penelitian Angkatan Udara,

Prospek Masa Depan untuk PCSEL Lanjutan

Para insinyur kini akan menyempurnakan desain mereka saat ini. Mereka berencana untuk membuat perangkat ini lebih andal dan meningkatkan dayanya sekaligus mengurangi faktor bentuknya. Selain itu, mereka akan berupaya menciptakan proses fabrikasi yang berkelanjutan untuk mempercepat proses manufaktur.

Berinvestasi di Industri Laser

Ada beberapa pesaing terkemuka di industri laser. Perusahaan-perusahaan ini terus mencatat peningkatan laba seiring permintaan laser berteknologi tinggi mereka yang terus meningkat. Berikut adalah satu perusahaan yang tetap menjadi kekuatan dominan di sektor laser dan dapat memperoleh keuntungan dari setiap peningkatan besar pada teknologinya.

Perusahaan Fotonik Laser

Perusahaan Fotonik Laser (LAS -3.46%) Memasuki pasar pada tahun 2019 dan berkantor pusat di Orlando, Florida. Sejak saat itu, perusahaan ini telah berspesialisasi dalam produksi laser berdaya tinggi dan industri. Saat ini, perusahaan menawarkan berbagai solusi laser standar dan khusus untuk klien industri.

Perusahaan ini berhasil mendapatkan repatriasi berkat kualitas sistem pembersihan laser, opsi pemotongan, dan perangkat finishing yang andal. Perangkat-perangkat populer ini telah membantu membuktikan komitmen Laser Photonics untuk menghadirkan solusi laser yang andal dan efektif. Bagi mereka yang ingin mengenal sektor manufaktur laser yang bergerak cepat, sebaiknya melakukan riset lebih lanjut tentang Laser Photonics Corp.

Berita dan Perkembangan Saham Laser Photonics Corp (LASE) Terbaru

PCSEL Lanjutan | Kesimpulan

PCSEL canggih akan menandai dimulainya era baru dalam teknologi. Para ilmuwan telah mengeksplorasi sistem propulsi laser dan jaringan komunikasi generasi mendatang. Pengenalan laser yang lebih andal dan aman bagi mata akan semakin mempercepat upaya ini, yang akan menghasilkan inovasi yang lebih besar. Saat ini, masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan, tetapi tim insinyur inovatif ini telah meletakkan fondasi yang kokoh untuk upaya-upaya di masa mendatang.

Pelajari terobosan keren lainnya di sini.

Studi yang dirujuk:

^{1. Choquette, KD, Lee, ML, Ozden, S., Guo, Z., Xu, S., dan Park, JS (2024). Laser pemancar permukaan kristal fotonik dielektrik terkubur yang dipompa fotoJurnal Fotonik IEEE, 16(3), 1–8. https://doi.org/10.1109/JPHOT.2024.10965337}