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可用于改善电信和计算领域工作性能的基于非常规物理现象的新型激光器

导读: 加利福尼亚大学圣地亚哥分校的研究人员已经展示了世界上第一个以物理现象上非传统的波被称为连续束缚态(BIC)为基础实现的激光器。

加利福尼亚大学圣地亚哥分校的研究人员已经展示了世界上第一个以物理现象上非传统的波被称为连续束缚态(BIC)为基础实现的激光器。该技术可以彻底改变表面激光器技术的发展,使它们以更紧凑更节能的方式实现通信和计算领域的应用。新的BIC激光器也可以进一步发展为工业和国防上所应用的高功率激光器。

“激光器目前在世界上无处不在,从日常简单的激光指针到复杂的激光干涉仪用来探测引力波。我们目前的研究将影响激光在许多领域的应用,”Ashok Kodigala说,他是加州大学圣地亚哥分校电气工程系的一名博士生,且是该研究的第一作者。

“因为他们非常规特性,BIC激光器能够提供独特的,现有的激光器技术还没有实现的前所未有的性能,” Boubacar Kanté说,他是加州大学圣地亚哥分校雅可布学院的电气工程教授。

可用于改善电信和计算领域工作性能的基于非常规物理现象的新型激光器

例如,BIC激光器可以很容易地调整实现发出不同波长的光束,医用激光器实现精确的靶向肿瘤细胞而不损伤正常组织中这一有用的功能。BIC激光器还可以制作实现可发射特殊设计的形状的光束(如螺旋、甜甜圈或钟形曲线)称为矢量光束,可以使日益强大的计算机和光通信系统可以携带的信息比现有的高达10倍以上。

“在当今手机、计算机和天文学中,光源是光数据通信技术的关键部件。在这项工作中,我们提出了一种新的光源,比今天所使用的激光器的功耗和速度方面都更有效,”Babak Bahari说,他是Kanté实验室电气工程系的博士生,且是研究合作者。

连续的束缚态(BICS)现象,曾在1929年已经被预测存在。连续的束缚态的特性是在一个开放的系统中仍然是受限或绑定的。而传统的波形在一个开放的系统中会逃离,但连续的束缚态却在这种规范之外而不会逃跑,尽管逃离的路径是开放的。

在以前的研究中,Kanté和他的研究团队证明,在微波频率,该机制可以有效地捕获和储存光,使光与物质的相互作用增强。现在,他们利用连续的束缚态用于新型激光的演示。该小组的这项研究工作发表于1月12日的《自然》杂志上。

制作连续态激光器

在这项工作中的连续的束缚态激光器是由一个薄的铟、镓、砷、磷半导体膜制成的。膜结构为悬浮在空中的圆柱的纳米阵列。气缸由支持桥梁网络相互连接,提供了设备的机械稳定性。

利用高频率的激光束驱动膜,研究人员诱导连续的束缚态系统发出自己的较低频率的激光束(在电信频率)。

“现在,这是一个概念的证明演示,我们确实可以实现激光与连续的束缚态的相互作用,“Kanté说。

他说:“值得注意的是,我们可以得到的表面的激光发生的阵列,其尺寸小到8×8粒子。”。相比较而言,被广泛应用于数据通信、高精度传感表面激光,称为VCSEL(垂直腔面发射激光器),需要更大的尺寸(100倍),因此需要更多的能量来实现阵列激光。

“流行的VCSEL可能有一天会被我们称之为连续束缚态表面发射激光器所替代,这将实现更小的设备且消耗更少的功率,” Kanté说。该研究团队已为这种新型光源申请了专利。

阵列还可以扩大规模,创造工业和国防领域应用的高功率激光器,他指出。在高功率激光系统中的一个基本挑战是加热,以及我们连续的束缚态激光器激光技术的预测效率,一个崭新的时代正成为可能,” Kanté说。

研究团队的下一步研究计划是制作电动力驱动的连续的束缚态激光器,而不是由另一个激光器作为动力。“一种由电泵浦的激光器在实验室外很容易携带,并且可以通过传统的电池供电,” Kanté说。

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