技术突破：超快脉冲激光器提高数据传输速度

2021-01-25 16:08

据《物理学家组织网》近日报道，韩国科学技术研究院（KIST）研发出的超快脉冲激光器产生的频率要比目前最先进的脉冲激光器高出1万倍。这是通过将包含石墨烯的附加谐振器插入到工作在飞秒范围内的光纤脉冲激光振荡器中实现的，将该方法应用于数据通信有望大大提高数据传输和处理速度。

脉冲激光优点是比连续波激光器聚焦更多的能量，后者的强度随时间保持不变。如果将数字信号加载到脉冲激光器中，则每个脉冲可以编码一位数据。重复率越高，可以传输的数据量越多。然而，常规的基于光纤的脉冲激光器通常在将每秒脉冲数增加到高于兆赫兹水平时具有局限性。

KIST光电子材料与器件中心研究人员指出，随时间变化的激光波长和强度特性是相关的。如果将谐振器插入激光振荡器，则可周期性地过滤脉冲激光的波长，从而修改激光强度变化的模式。在此研究的基础上，研究人员合成了石墨烯，该石墨烯具有吸收和消除弱光的特性，并且仅通过使强光进入谐振器即可放大强度。这使高速率精确控制激光强度变化得以实现，从而将脉冲的重复速率提高到更高的水平。

通常将石墨烯合成到催化金属的表面，然后将产物与催化剂分离并转移到所需基材的表面上。在该过程中，存在石墨烯被损坏或引入杂质的问题。研究人员通过在易于获取的铜线表面直接形成石墨烯，并进一步用光纤覆盖铜线作为谐振器，解决了制造过程中效率降低的问题。研究结果表明，新激光器可获得57．8GHz的重复率，从而克服了脉冲激光器在重复率方面的限制。

研究人员表示，在当前情况下，对数据流量的需求呈指数增长，基于谐振器和石墨烯的超快脉冲激光器以超高速工作并具有允许的调谐特性，有望提供一种新的方法来适应快速变化的数据处理要求。

石墨烯作为碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，也称单原子层石墨。虽然石墨烯应用十分广泛，目前国内对石墨烯还是处于大力研发的阶段，还不足以将科研成果转化为产品。希望几年之内，可以看到石墨烯在激光技术行业的新变化。