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对比激光辐射:纳米光学天线新进展情况

2015-03-05 09:00
雷本祖
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  美国伯克利实验室的研究人员研发出一种纳米光学天线,可极大增强原子、分子和半导体量子点的自发辐射。该进展为发光二极管在短距光通信,包括光学互连芯片和其他潜在应用方面取代激光器开启了大门。

  伯克利实验室材料科学分部的电气工程师Eli Yablonovi说:"与受激光辐射相比,自发光辐射一直不被重视"。

  “但是,利用恰当的光学天线,自发光辐射实际上可以比受激光辐射更快。”

  Yablonovitch任教于加州大学伯克利分校,指导美国国家科学基金会中心从事节能电子科学(E3S)的研究,同时他也是伯克利Kavli能源纳米科学研究所 (Kavli ENSI) 的成员之一。他率领了一个团队,使用由金制成的外部天线,使铟镓砷磷 (InGaAsP) 制成的纳米棒的自发光辐射有效增强了115倍。

  这个接近200倍的增加,在减小受激光辐射和自发光辐射速度差方面,具有里程碑意义。当增加到200倍时,自发辐射率会超过受激辐射率。

  Yablonovitch 说,"我们相信利用光学天线,自发辐射率增强有可能超过2500 倍,同时保持50%以上的发光效率,"采用光学天线增强型发光二级管替换微芯片上导线,将实现更快的光互连和更强的计算能力。"

  该项研究成果发表在美国国家科学院学报 (PNAS)中,论文题为"光学天线增强型自发光辐射"。Yablonovitch 和加州大学伯克利分校的吴明是通讯作者,合作者是迈克尔.艾格尔斯顿,凯文.梅塞尔和张黎明。

  在高科技的世界,激光无处不在,已经成为高速光通信的主力。然而,激光在诸如一米或更小的短距光通信方面也存在弊端——他们消耗过多电能,通常会占用太多空间。发管二极管将成为更有效的替代选择,但却受限于它们的自发辐射率。

  Yablonovitch 说"由于分子太小,不能作为自己的天线,分子大小的辐射源的自发辐射被减慢了许多数量级。”“加快这些自发光辐射的关键是将辐射分子结合成半波长天线。虽然我们已经拥有广播电台的天线120年了,但在某种程度上,我们忽视了光学天线。有时伟大的发现就在我们眼前,等待我们去发现。

  Yablonovitch 和同事在他们的光学天线中使用拱形天线结构。方形铟镓砷磷纳米棒表面涂有一二氧化钛隔离层,为纳米棒和垂直沉积在其上共同形成天线的纳米线之间提供隔离。

  作为自发光辐射材料的铟镓砷磷,已广泛用于红外激光通信和光电探测器。

  除了应用于短距离通信,配有光学天线的发光二极管在光电探测器也有重要应用。光学天线还可以应用于成像、生物传感和数据存储。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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