قد تتمكن مصابيح قاد، التي لا يتجاوز سمكها شعرة الإنسان، قريبًا من تولي مهام كانت تُنجز تقليديًا بواسطة الليزر، بدءًا من نقل البيانات داخل خوادم الحاسوب وصولًا إلى تشغيل شاشات الجيل القادم. وتشير دراسة جديدة شارك في تأليفها روارك تشاو، طالب الدكتوراه في جامعة كاليفورنيا، سانتا باربرا، إلى مسار واعد للمستقبل. وقد نُشر البحث في مجلة *بصريات رسائل*.
قال روارك تشاو، وهو دارس للهندسة الكهربائية: "نتحدث عن أجهزة لا يتجاوز حجمها حجم بصيلة الشعر. إذا أمكن تصميم طريقة انبعاث الضوء، فبإمكان هذه المصابيح الباعثة للضوء المصغرة أن تحل محل الليزر في نقل البيانات لمسافات قصيرة."
تُظهر الدراسة تصميمًا مبتكرًا للثنائيات الباعثة للضوء المصغرة، يُحسّن الكفاءة وتوجيه الشعاع في آنٍ واحد. وباستخدام عاكسات براغ الموزعة التي تُحيط جانبيًا بمنطقة الانبعاث، حقق الباحثون زيادة في طاقة الخرج بنسبة 20% تقريبًا من جهة الهواء، وأكثر من 130% من جهة الركيزة، مقارنةً بجهاز مرجعي، مع تقليل زاوية تباعد الشعاع بنسبة 30% تقريبًا.
إلى جانب توجيه الضوء بدقة أكبر، توفر مصابيح تقنية microLED المُعاد تصميمها كفاءة أعلى بكثير. لاحظ فريق البحث تحسناً بنسبة 35% تقريباً في الكفاءة الكهربائية و46% في كفاءة التوصيل مقارنةً بتصاميم تقنية microLED التقليدية، ما يعني أن هذه الأجهزة قادرة على تحويل المزيد من الطاقة الكهربائية المسحوبة من منافذ الطاقة إلى ضوء قابل للاستخدام.
تُعتبر مصابيح قاد الصغيرة - التي يبلغ عرضها عادةً 100 ميكرومتر أو أقل - بديلاً واعداً لأجهزة الليزر في وصلات الألياف الضوئية قصيرة المدى، لا سيما داخل مراكز البيانات حيث لا تزال إدارة الحرارة والموثوقية واستخدام الطاقة تشكل تحديات مستمرة.
يقول روارك تشاو: "تكمن إحدى المشكلات الرئيسية في الليزر في أنه يبدأ بإظهار مشاكل حرارية عند درجات حرارة منخفضة نسبيًا". ويمكن تشغيل مصابيح قاد الصغيرة عند درجات حرارة أعلى بكثير دون الحاجة إلى تبريد معقد. وهذا يعني تقليل عمليات الاستبدال، وخفض التكاليف، وزيادة المرونة في مراكز البيانات.
مع التوسع المستمر للحوسبة السحابية والذكاء الاصطناعي، يتعين على مراكز البيانات نقل كميات هائلة من المعلومات بسرعة وكفاءة. حتى التحسينات الطفيفة في مصادر الإضاءة يمكن أن يكون لها آثار اقتصادية كبيرة.
يقول روارك تشاو: "إن ما يثير الحماس بشأن تقنية تقنية microLED هو أنها توفر حلولاً متعددة ضمن حزمة واحدة. فهي قادرة على تحسين نقل البيانات، وتمكين شاشات أكثر سطوعاً وأقل سمكاً، بل ويمكن استخدامها في مجالات مثل الواقع المعزز أو الواقع الافتراضي - وكل ذلك باستخدام نفس التقنية الأساسية."
التحق روارك تشاو بجامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا عام 2020 كطالب بكالوريوس في الهندسة الكهربائية، ثم تابع دراسته للحصول على درجة الدكتوراه. ويعزو تسارع وتيرة العمل في الجامعة إلى بنيتها التحتية البحثية الشاملة، بدءًا من نمو المواد وصولاً إلى تصنيع النانو واختبار الأجهزة.
يقول روارك تشاو: "يمكنك محاكاة التصميم، وتنمية البلورات، وتصنيع الأجهزة، والاختبار - كل ذلك في الحرم الجامعي". "إن هذه السرعة من الفكرة إلى التجربة هي ما يجعل هذا المكان قويًا للغاية".
