美国团队在纳米光子学和超快光学领域获重大突破

2023-03-24 10:27

近日，美国桑迪亚国家实验室（SNL）集成纳米技术中心的一个研究团队证明了从传统的非相干光源动态引导光脉冲的能力，该成果有望带来纳米光子学和超快光学领域的重大突破。

研究团队介绍称，这种使用半导体器件控制光线的能力，将使低功率、相对便宜的光源（如LED或手电筒光束）得以在全息图、遥感、自动驾驶汽车和高速通信等新技术中取代更强大的激光束。

非相干光是由许多常见的光源发出的，例如老式的白炽灯或LED灯泡。这种光被称为非相干光，因为光子以不同的波长和随机的方式发射。然而，激光发出的光束不会扩散和扩散，因为光子具有相同的频率和相位，因此被称为相干光。

在该团队的研究中，他们通过使用被称为超表面的人工结构材料来操纵非相干光，超表面是由被称为元原子的半导体微小构件制成的，每个反射片包含数千个元原子，经过设计成可以非常有效地反射光，从而实现非相关光的动态引导。

尽管超表面在制造可以将光线引导到任意角度的设备方面表现出了希望，但它们也面临着挑战，因为它们只是为相干光源设计的。理想情况下，人们会想要一种半导体设备，可以像LED一样发光，通过施加控制电压将发光转向设定的角度，并以尽可能快的速度改变转向角度。

研究人员从一种半导体超表面入手研究，这种超表面嵌入了称为量子点的微小光源。通过使用控制光脉冲，他们能够改变或重新配置表面反射光的方式，并将量子点发出的光波在70°范围内以不到万亿分之一秒的速度向不同方向发射。这也标志着光学领域的一项重要进展。与基于激光的转向类似，转向光束抑制了非相干光扩散到更宽视角的趋势，而是在远处产生明亮的光。

这种动态控制非相干光源和操纵其属性的能力能够实现一系列广泛的应用，包括实现小尺寸、量轻量化的超表面LED显示屏的转向发光。研究人员们希望打造一种新型的小型显示器，可以使用低功率LED将全息图像投射到眼球上。它也有望应用在自动驾驶汽车上，使用激光雷达来感知汽车路径上的物体。