单向的光学仪器;太阳能窗户。
单向的光学
研究人员从宾夕法尼亚大学、北京大学和麻省理工学院开发的光学设备的设计只有一个方向辐射光在光纤网络,从而减少能源消耗和数据中心。
光往往在一个方向流动光纤,虽然大部分的光通过芯片上的光纤耦合器继续,一些旅行在相反的方向。据研究人员介绍,大部分的能源消耗数据流量是由于辐射损失。以前的研究报道25%的最低损失在每个光纤之间的接口和薯片。
“有时你可能需要通过五个接口,和损失瀑布80%如果你使用现有的设备。事实上,额外的能量和元素需要一次又一次地放大和传递信号,介绍了噪声,降低信噪比,最终,减少了通信带宽,“在宾夕法尼亚大学博士生Jicheng金说。
研究人员发现,打破左右对称的设备减少这个损失为零。“结论有点出乎意料。因为我们希望耦合器辐射向顶部而不是底部,似乎自然打破上下对称,”金说。“然而,我们还必须让它左右不对称完全抑制辐射底部。”
耦合器的上下和左右对称,两侧各有一个电荷,禁止在垂直方向辐射。“想象这两部分的胶水。打破左右对称,拓扑电荷是分成两个一半费用,由两部分组成的胶是分开的所以每个部分可以流。通过将上下对称,每个部分流动不同于顶部和底部,所以两部分胶结合只在底部,消除辐射的方向。就像一个漏水的管道固定了一个拓扑两部分胶水,”博甄说,宾夕法尼亚大学助理教授。
团队最终选定了一个设计一系列的斜条,同时打破左右和上下对称。制造这些结构,研究人员开发出一种新的蚀刻方法,wedge-like衬底硅片放置。这允许腐蚀发生在一个倾斜的角度,而标准腐蚀装置只能创建垂直侧墙。制造设备后,研究人员能够确认低能量损失由他们的理论预测。
“实验,我们发现辐射对底部比辐射弱500倍前在我们的设备,减少能量损失,”金说。“此外,我们的设计是非常强劲的制造错误。我们当前的设计是带宽限制因素之一。现在,我们可以覆盖约26海里,这是不错的但不是最优,我们的下一步是进一步改善200海里。”
他们希望进一步发展这个蚀刻技术兼容现有的工业过程,研究人员期望应用程序既可以帮助光传播更有效地在短距离,如光纤电缆和芯片之间的服务器,在更远的距离,例如远程激光雷达系统。“这个方法相对清晰和简单,所以我认为每个人都可以很容易地得到可靠的结构,”金说。
太阳能窗户
激子ARC卓越中心的研究人员科学莫纳什大学和CSIRO建造了一个半透明的钙钛矿的太阳能电池,可以纳入窗户玻璃提供一个建筑的一些权力。
团队使用了一种有机半导体,可以制成聚合物,用它来取代常用的太阳能电池组件,Spiro-OMeTAD,发展水性涂料导致较低的稳定。
“屋顶太阳能转换效率的15至20%,“Jacek Jasieniak从激子科学教授说。“半透明细胞转换效率为17%,同时传输超过10%的入射光,所以他们是对的。一直梦想有窗户,发电,现在看起来可能的。”
当然,有取舍。“太阳能电池可以更多,或更少,透明。越透明,电力生成越少,所以变成了建筑师考虑,“Jasieniak说。他补充说,太阳能窗户有色到相同的程度作为当前釉面商业窗口将产生大约每平方公尺140瓦特的电力。
这个团队现在正致力于扩大生产过程,指出安东尼•Chesman研究科学家在澳大利亚。“我们会寻求开发一个大型玻璃生产过程,可以很容易地转移到行业制造商可以很容易地吸收技术。”
研究人员说,添加的附加费用半透明太阳能电池将边际高层建筑的大窗户,窗户已经昂贵的地方。
“这些太阳能电池意味着一个巨大的变化,我们的思考方式建筑和功能。直到现在每一栋建筑设计假设windows本质上是被动的。现在,他们将积极发电,”Jasieniak说。“规划者和设计者甚至可能不得不重新考虑他们如何定位建筑网站,优化墙如何赶上太阳。”
接下来,研究人员计划建立一个串联装置,利用钙钛矿和有机太阳能电池。商业化,Jasieniak”表示,将取决于成功的扩展的技术,但我们的目标是在10年。”
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