发丝粗细的LED或将取代激光器应用

人头发粗细的LED，可能很快就能承担起传统上由激光器负责的工作，从在服务器机架内部传输数据，到为下一代显示器提供动力。由加州大学圣塔芭芭拉分校博士生Roark Chao合著的一项新研究，指明了一条切实可行的前进道路。该研究发表在《光学快报》期刊上。

研究电气工程的Roark Chao说："我们谈论的是真正只有毛囊大小的器件，如果你能设计光如何出射，这些微型LED就可以开始替代激光器进行短距离数据通信。"

这项工作建立在加州大学圣塔芭芭拉分校在氮化镓研究和光电领域长期积累的优势之上。赵若楷由史蒂文·P·登巴斯和乔恩·A·舒勒共同指导，两人均为该研究的合著者。研究作者中还包括诺贝尔奖得主中村修二，他在蓝色LED方面的开创性工作改变了全球照明和显示技术。这项研究是在登巴斯/中村研究组和舒勒研究组的实验室中进行的，团队专注于氮化镓材料生长和纳米光子学。

该研究展示了一种新型微型发光二极管设计，该设计同时提高了效率和光束方向性。通过使用分布式布拉格反射器横向包围发光区域，研究人员实现了：与参考器件相比，从空气侧发射的光输出功率提高约20%，从衬底侧发射的光输出功率提高超过130%，光束发散角减少约30%。

除了更精确地引导光线，重新设计的微型LED还提供了显著更高的效率。研究团队观察到，与传统微型LED设计相比，其电效率提高了约35%，插头效率提高了约46%——这意味着这些器件能将更多从电源插座获取的电能转化为可用的光。

微型LED——通常宽度为100微米或更小——正成为短距离光链路中激光器的一个有前途的替代方案，特别是在数据中心内部，那里热管理、可靠性和能源使用是持续的挑战。

Roark Chao说："激光器的一大问题是它们在相对较低的温度下就会开始出现热问题。微型LED可以在高得多的温度下驱动，而无需复杂的冷却。这意味着在数据中心可以减少更换、降低成本并获得更大的灵活性。"

随着云计算和人工智能的持续扩张，数据中心必须快速高效地传输海量信息。即使是光源的微小改进也能产生显著的经济影响。

Roark Chao说："微型LED令人兴奋之处在于，它们在一个封装内提供了多种解决方案。它们可以改善数据通信，实现更亮、更薄的显示器，甚至可以用于增强现实或虚拟现实等领域——所有这些都使用相同的基础技术。"

Roark Chao于2020年作为加州大学圣塔芭芭拉分校电气工程专业的本科生入学，之后继续攻读博士学位。他将该校从材料生长到纳米制造再到器件测试的综合研究基础设施，归功于对其工作的加速推动作用。

Roark Chao说："你可以模拟设计、生长晶体、制造器件并进行测试——所有这些都在校园内完成。这种从构想到实验的速度正是这个地方的强大之处。"

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