LED'er, så tynde som et menneskehår, kan snart overtage opgaver, der traditionelt håndteres af lasere, lige fra at transmittere data i serverracks til at drive næste generations skærme. En ny undersøgelse, der er medforfattet af Roark Chao, en ph.d.-studerende ved University of California, Santa Barbara, peger på en farbar vej frem. Forskningen blev offentliggjort i tidsskriftet *Optics Letters*.
Roark Chao, der studerer elektroteknik, sagde: "Vi taler om enheder, der i virkeligheden kun er på størrelse med en hårsæk. Hvis man kan designe, hvordan lyset udsendes, kan disse miniature-LED'er begynde at erstatte lasere til kortdistancedatakommunikation."
Undersøgelsen demonstrerer et nyt design til miniature-lysdioder, der samtidig forbedrer effektiviteten og strålens retning. Ved at bruge distribuerede Bragg-reflektorer til at omslutte det udsendte område lateralt opnåede forskerne cirka 20 % højere udgangseffekt fra luftsiden og over 130 % højere udgangseffekt fra substratsiden sammenlignet med en referenceenhed, samtidig med at strålens divergensvinklen reduceredes med cirka 30 %.
Ud over mere præcis lysstyring tilbyder de nydesignede microLED'er en betydeligt højere effektivitet. Forskerholdet observerede en forbedring på cirka 35 % i elektrisk effektivitet og en forbedring på 46 % i stikkontakternes effektivitet sammenlignet med traditionelle microLED-designs – hvilket betyder, at disse enheder kan omdanne mere elektrisk energi fra stikkontakter til brugbart lys.
MicroLED'er – typisk 100 mikrometer eller mindre i bredden – fremstår som et lovende alternativ til lasere i optiske forbindelser med kort rækkevidde, især i datacentre, hvor termisk styring, pålidelighed og energiforbrug fortsat er udfordringer.
Et stort problem med lasere er, at de begynder at udvise termiske problemer ved relativt lave temperaturer, siger Roark Chao. MikroLED'er kan drives ved meget højere temperaturer uden behov for kompleks køling. Dette betyder mindre udskiftning, lavere omkostninger og større fleksibilitet i datacentre.
Med den fortsatte udbredelse af cloud computing og kunstig intelligens skal datacentre overføre enorme mængder information hurtigt og effektivt. Selv små forbedringer i lyskilder kan have betydelige økonomiske konsekvenser.
"Det spændende ved microLED'er er, at de tilbyder flere løsninger i én pakke," siger Roark Chao. "De kan forbedre datakommunikation, muliggøre lysere og tyndere skærme og endda bruges inden for områder som augmented reality eller virtual reality – alt sammen ved hjælp af den samme underliggende teknologi."
Roark Chao tilmeldte sig UC Santa Barbara i 2020 som bachelorstuderende i elektroteknik og fortsatte med at tage sin ph.d. Han tilskriver universitetets omfattende forskningsinfrastruktur, fra materialeudvikling til nanofabrikation til enhedstestning, dets accelererede arbejdstempo.
"Man kan simulere design, dyrke krystaller, fremstille enheder og teste – alt sammen på campus," siger Roark Chao. "Den hastighed fra koncept til eksperiment er det, der gør dette sted så kraftfuldt."
