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科学家用两束激光“撞”出多频率光

导读: 美国加州大学圣巴巴拉分校的研究人员通过将高、低频率的激光束瞄准半导体,引发电子从核心脱离并加速,再回来碰撞核心,由此产生多种频率光。

  据物理学家组织网3月28日报道,美国加州大学圣巴巴拉分校的研究人员通过将高、低频率的激光束瞄准半导体,引发电子从核心脱离并加速,再回来碰撞核心,由此产生多种频率光。相关研究结果刊登在最新一期《自然》杂志上。

  当高频率的激光束击中半导体材料如砷化镓纳米结构时,会创建一对被称为激子的电子—空(穴)复合体,即当电子从外界获得能量时,会跳到较高的能级,但并不稳定,很快又会将获得的能量释放从而回到原来的能级;但如果电子获得的能量够高,就可摆脱原子核的束缚成为自由电子,电子空出来的位置则称为空穴,自由电子可能会因为摩擦或碰撞等因素损失能量,最后受到空穴的吸引而复合。

  论文合著者、该校物理系教授及太赫兹科学与技术研究所主任马克·舍温说:“高频激光产生电子—空穴对,很强的低频自由电子激光束将电子从穴口分离并加速,这时由于电子加速有多余能量,它会猛烈碰撞空穴,重组电子—空穴对,并放射出新频率光子。在相当常规的路径下混合激光束碰撞后会得到一或两个新的频率,而我们在实验中看到所有这些不同的新频率最多能达到11个,这个现象着实令人兴奋。”

  舍温说,由于每个频率的光对应不同的颜色,他们之所以能获得这样的突破是依靠了一种特别的工具——自由电子激光器,其最大特点是可以探测出物质的基本性质,将其置于混合光束之前即可测量出不同光的颜色,由此发现多种频率的光。

  论文第一作者、该校物理系博士生本·扎克斯解释说:“这就像有线电视网络,其电缆是一束光纤,而你沿着这条线发送约1.5微米波长的光束,但在这束光里有如同细梳齿的缝隙一样分离出的许多频率。信息会以一种频率来移动。而采用这种技术就能是增加很多可以传输信息的频率,而且彼此相隔不会太远。”

  该研究团队建立了一种产生电子—空穴再碰撞的机器,其在现实中恐怕还没有实际性的应用。然而,从理论上讲,一个晶体管可以用于自由电子激光产生强烈的太赫兹场,还可以调节临近的红外线光束。数据表明,该仪器调制的近红外激光是太赫兹频率的两倍,当增加光调制的速度,将会更快传输接收自电缆的信息。

  研究人员介绍说,将电子—空穴再碰撞现象应用于现实世界中具有潜在显著提高光缆数据传输和通信速度的能力。最有可能的应用是多路复用技术即多渠道发送数据;另一个则可对光进行高速调制。

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