可用于改善電信和計算領(lǐng)域工作性能的基于非常規物理現象的新型激光器

　　加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員已經(jīng)展示了世界上第一個(gè)以物理現象上非傳統的波被稱(chēng)為連續束縛態(tài)(BIC)為基礎實(shí)現的激光器。該技術(shù)可以徹底改變表面激光器技術(shù)的發(fā)展,使它們以更緊湊更節能的方式實(shí)現通信和計算領(lǐng)域的應用。新的BIC激光器也可以進(jìn)一步發(fā)展為工業(yè)和國防上所應用的高功率激光器。

　　“激光器目前在世界上無(wú)處不在,從日常簡(jiǎn)單的激光指針到復雜的激光干涉儀用來(lái)探測引力波。我們目前的研究將影響激光在許多領(lǐng)域的應用,”Ashok Kodigala說(shuō),他是加州大學(xué)圣地亞哥分校電氣工程系的一名博士生,且是該研究的第一作者。

　　“因為他們非常規特性,BIC激光器能夠提供獨特的,現有的激光器技術(shù)還沒(méi)有實(shí)現的前所未有的性能,” Boubacar Kanté說(shuō),他是加州大學(xué)圣地亞哥分校雅可布學(xué)院的電氣工程教授。

　　例如,BIC激光器可以很容易地調整實(shí)現發(fā)出不同波長(cháng)的光束,醫用激光器實(shí)現精確的靶向腫瘤細胞而不損傷正常組織中這一有用的功能。BIC激光器還可以制作實(shí)現可發(fā)射特殊設計的形狀的光束(如螺旋、甜甜圈或鐘形曲線(xiàn))稱(chēng)為矢量光束,可以使日益強大的計算機和光通信系統可以攜帶的信息比現有的高達10倍以上。

　　“在當今手機、計算機和天文學(xué)中,光源是光數據通信技術(shù)的關(guān)鍵部件。在這項工作中,我們提出了一種新的光源,比今天所使用的激光器的功耗和速度方面都更有效,”Babak Bahari說(shuō),他是Kanté實(shí)驗室電氣工程系的博士生,且是研究合作者。

　　連續的束縛態(tài)(BICS)現象,曾在1929年已經(jīng)被預測存在。連續的束縛態(tài)的特性是在一個(gè)開(kāi)放的系統中仍然是受限或綁定的。而傳統的波形在一個(gè)開(kāi)放的系統中會(huì )逃離,但連續的束縛態(tài)卻在這種規范之外而不會(huì )逃跑,盡管逃離的路徑是開(kāi)放的。

　　在以前的研究中,Kanté和他的研究團隊證明,在微波頻率,該機制可以有效地捕獲和儲存光,使光與物質(zhì)的相互作用增強?，F在,他們利用連續的束縛態(tài)用于新型激光的演示。該小組的這項研究工作發(fā)表于1月12日的《自然》雜志上。

　　制作連續態(tài)激光器

　　在這項工作中的連續的束縛態(tài)激光器是由一個(gè)薄的銦、鎵、砷、磷半導體膜制成的。膜結構為懸浮在空中的圓柱的納米陣列。氣缸由支持橋梁網(wǎng)絡(luò )相互連接,提供了設備的機械穩定性。

　　利用高頻率的激光束驅動(dòng)膜,研究人員誘導連續的束縛態(tài)系統發(fā)出自己的較低頻率的激光束(在電信頻率)。

　　“現在,這是一個(gè)概念的證明演示,我們確實(shí)可以實(shí)現激光與連續的束縛態(tài)的相互作用,“Kanté說(shuō)。

　　他說(shuō):“值得注意的是,我們可以得到的表面的激光發(fā)生的陣列,其尺寸小到8×8粒子。”。相比較而言,被廣泛應用于數據通信、高精度傳感表面激光,稱(chēng)為VCSEL(垂直腔面發(fā)射激光器),需要更大的尺寸(100倍),因此需要更多的能量來(lái)實(shí)現陣列激光。

　　“流行的VCSEL可能有一天會(huì )被我們稱(chēng)之為連續束縛態(tài)表面發(fā)射激光器所替代,這將實(shí)現更小的設備且消耗更少的功率,” Kanté說(shuō)。該研究團隊已為這種新型光源申請了專(zhuān)利。

　　陣列還可以擴大規模,創(chuàng )造工業(yè)和國防領(lǐng)域應用的高功率激光器,他指出。在高功率激光系統中的一個(gè)基本挑戰是加熱,以及我們連續的束縛態(tài)激光器激光技術(shù)的預測效率,一個(gè)嶄新的時(shí)代正成為可能,” Kanté說(shuō)。

　　研究團隊的下一步研究計劃是制作電動(dòng)力驅動(dòng)的連續的束縛態(tài)激光器,而不是由另一個(gè)激光器作為動(dòng)力。“一種由電泵浦的激光器在實(shí)驗室外很容易攜帶,并且可以通過(guò)傳統的電池供電,” Kanté說(shuō)。