可用于改善電信和計算領(lǐng)域工作性能的基于非常規(guī)物理現(xiàn)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以物理現(xiàn)象上非傳統(tǒng)的波被稱為連續(xù)束縛態(tài)(BIC)為基礎(chǔ)實現(xiàn)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(jié)能的方式實現(xiàn)通信和計算領(lǐng)域的應(yīng)用。新的BIC激光器也可以進一步發(fā)展為工業(yè)和國防上所應(yīng)用的高功率激光器。

　　“激光器目前在世界上無處不在,從日常簡單的激光指針到復(fù)雜的激光干涉儀用來探測引力波。我們目前的研究將影響激光在許多領(lǐng)域的應(yīng)用,”Ashok Kodigala說,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(guī)特性,BIC激光器能夠提供獨特的,現(xiàn)有的激光器技術(shù)還沒有實現(xiàn)的前所未有的性能,” Boubacar Kanté說,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(diào)整實現(xiàn)發(fā)出不同波長的光束,醫(yī)用激光器實現(xiàn)精確的靶向腫瘤細(xì)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現(xiàn)可發(fā)射特殊設(shè)計的形狀的光束(如螺旋、甜甜圈或鐘形曲線)稱為矢量光束,可以使日益強大的計算機和光通信系統(tǒng)可以攜帶的信息比現(xiàn)有的高達10倍以上。

　　“在當(dāng)今手機、計算機和天文學(xué)中,光源是光數(shù)據(jù)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,他是Kanté實驗室電氣工程系的博士生,且是研究合作者。

　　連續(xù)的束縛態(tài)(BICS)現(xiàn)象,曾在1929年已經(jīng)被預(yù)測存在。連續(xù)的束縛態(tài)的特性是在一個開放的系統(tǒng)中仍然是受限或綁定的。而傳統(tǒng)的波形在一個開放的系統(tǒng)中會逃離,但連續(xù)的束縛態(tài)卻在這種規(guī)范之外而不會逃跑,盡管逃離的路徑是開放的。

　　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。現(xiàn)在,他們利用連續(xù)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(xù)態(tài)激光器

　　在這項工作中的連續(xù)的束縛態(tài)激光器是由一個薄的銦、鎵、砷、磷半導(dǎo)體膜制成的。膜結(jié)構(gòu)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(shè)備的機械穩(wěn)定性。

　　利用高頻率的激光束驅(qū)動膜,研究人員誘導(dǎo)連續(xù)的束縛態(tài)系統(tǒng)發(fā)出自己的較低頻率的激光束(在電信頻率)。

　　“現(xiàn)在,這是一個概念的證明演示,我們確實可以實現(xiàn)激光與連續(xù)的束縛態(tài)的相互作用,“Kanté說。

　　他說:“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(yīng)用于數(shù)據(jù)通信、高精度傳感表面激光,稱為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實現(xiàn)陣列激光。

　　“流行的VCSEL可能有一天會被我們稱之為連續(xù)束縛態(tài)表面發(fā)射激光器所替代,這將實現(xiàn)更小的設(shè)備且消耗更少的功率,” Kanté說。該研究團隊已為這種新型光源申請了專利。

　　陣列還可以擴大規(guī)模,創(chuàng)造工業(yè)和國防領(lǐng)域應(yīng)用的高功率激光器,他指出。在高功率激光系統(tǒng)中的一個基本挑戰(zhàn)是加熱,以及我們連續(xù)的束縛態(tài)激光器激光技術(shù)的預(yù)測效率,一個嶄新的時代正成為可能,” Kanté說。

　　研究團隊的下一步研究計劃是制作電動力驅(qū)動的連續(xù)的束縛態(tài)激光器,而不是由另一個激光器作為動力。“一種由電泵浦的激光器在實驗室外很容易攜帶,并且可以通過傳統(tǒng)的電池供電,” Kanté說。