LED's, zo dun als een mensenhaar, zouden binnenkort taken kunnen overnemen die traditioneel door lasers werden uitgevoerd, van het verzenden van data in serverracks tot het aansturen van de volgende generatie beeldschermen. Een nieuwe studie, mede geschreven door Roark Chao, een promovendus aan de Universiteit van Californië, Santa Barbara, wijst op een haalbare weg voorwaarts. Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift *Optics Letters*.
Roark Chao, die elektrotechniek studeert, zei: "We hebben het over apparaten die echt maar zo groot zijn als een haarzakje. Als je kunt ontwerpen hoe het licht wordt uitgezonden, zouden deze miniatuur-LED's lasers kunnen gaan vervangen voor datacommunicatie over korte afstanden."
De studie demonstreert een nieuw ontwerp voor miniatuur lichtemitterende diodes (LED's) dat tegelijkertijd de efficiëntie en de bundelrichting verbetert. Door gebruik te maken van gedistribueerde Bragg-reflectoren die het emitterende gebied zijdelings omringen, bereikten de onderzoekers een circa 20% hoger uitgangsvermogen aan de luchtzijde en een meer dan 130% hoger uitgangsvermogen aan de substraatzijde in vergelijking met een referentieapparaat, terwijl de bundelspreidingshoek met circa 30% werd verminderd.
Naast een nauwkeurigere lichtgeleiding bieden de opnieuw ontworpen microLED's een aanzienlijk hogere efficiëntie. Het onderzoeksteam constateerde een verbetering van ongeveer 35% in elektrische efficiëntie en 46% in efficiëntie bij het aansluiten van het stopcontact in vergelijking met traditionele microLED-ontwerpen. Dit betekent dat deze apparaten meer elektrische energie uit stopcontacten kunnen omzetten in bruikbaar licht.
MicroLED's – doorgaans 100 micrometer of minder breed – ontpoppen zich als een veelbelovend alternatief voor lasers in optische verbindingen over korte afstanden, met name in datacenters waar thermisch beheer, betrouwbaarheid en energieverbruik voortdurende uitdagingen blijven.
Een groot probleem met lasers is dat ze al bij relatief lage temperaturen thermische problemen beginnen te vertonen, zegt Roark Chao. MicroLED's kunnen bij veel hogere temperaturen worden aangestuurd zonder dat complexe koeling nodig is. Dit betekent minder vervanging, lagere kosten en meer flexibiliteit in datacenters.
Door de voortdurende groei van cloudcomputing en kunstmatige intelligentie moeten datacenters enorme hoeveelheden informatie snel en efficiënt verzenden. Zelfs kleine verbeteringen in lichtbronnen kunnen een aanzienlijke economische impact hebben.
"Het spannende aan microLED's is dat ze meerdere oplossingen in één pakket bieden", zegt Roark Chao. "Ze kunnen de datacommunicatie verbeteren, helderdere en dunnere schermen mogelijk maken en zelfs worden gebruikt in gebieden zoals augmented reality of virtual reality - allemaal met dezelfde onderliggende technologie."
Roark Chao schreef zich in 2020 in aan UC Santa Barbara als bachelorstudent elektrotechniek en vervolgde zijn studie met een promotieonderzoek. Hij schrijft het snelle tempo van zijn onderzoek toe aan de uitgebreide onderzoeksfaciliteiten van de universiteit, van materiaalontwikkeling tot nanofabricage en het testen van apparaten.
"Je kunt ontwerpen simuleren, kristallen kweken, apparaten fabriceren en testen - allemaal op de campus", zegt Roark Chao. "Die snelheid waarmee je van concept naar experiment gaat, maakt deze plek zo krachtig."
