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美利用光波-声波耦合开发出新的硅基激光器
2018-06-12


[据物理学组织网站201867日报道] 美国耶鲁大学利用声波开发出一种新的硅激光器。研究成果发表在《科学》杂志。



近几年,人们对将光纤光学和自由空间激光器等光学技术转化为小型光学或“光子”集成电路非常感兴趣。采用光而非电的集成电路能以传统电子器件无法达到的速度传输、处理信息。研究人员认为,硅光子学——基于硅芯片的光学电路——是这类技术的主要平台之一,由于与现有微电子技术兼容。



“我们利用硅可制备多种激光器设计,每种设计都具有动态特性和潜在应用。在硅光子学电路中,这些新能力可大幅扩展控制、形成光。”



耶鲁大学应用物理学教授说:过去几年,我们看到硅光子技术呈爆发式增长。我们开始看到这些技术进入消费品,使我们的数据中心运行得更快。我们还发现新的光子器件和技术,有望在生物传感、片上量子信息等领域引起变革。



研究人员说:“这种快速增长迫使人们开发新的硅激光器,为新电路供电,这是由于硅的间接带隙造成的历史难题。硅的固有性质对于许多芯片级光学技术非常有帮助,但是采用电注入很难让硅辐射激光。这个问题困扰了科学家超过十年。为了避免这个问题,我们需要找到其他方法放大芯片上的光线——我们使用光波和声波的组合。”



在跑道形状激光器设计围栏中放大光,在环形运动中捕获光。跑道设计是创新的关键部分。在这种方式,我们可以将光放到最大,并提供发生激射的最大反馈。



为了使用声波放大光,硅激光器采用特殊结构。本质上,特殊结构是一个纳米级波导,旨在严格限制光波和声波,并最大限度地发挥光波与声波间的相互作用。



这个波导的独特之处在于,存在两种不同的光传输通道。这使得我们能够以相当可靠、灵活的激光设计,影响光声耦合。



研究人员解释说,如果没有这种类型的结构,在硅中不可能用声音放大光。“实际上,光学电路不存在光-声相互作用,并将它们转化为硅中最强的放大机制。现在,我们可以将其用于10年前没人想到的新型激光技术。



在开发新的激光器中主要存在两个挑战:第一,设计并制造器件,这些器件中的放大超出损耗,第二指出这个系统的反直觉动态。我们观察到的是,虽然该系统是光学激光器,但它也会产生非常连贯的超音速波。”



研究团队说:这些性质可能导致一系列潜在应用,从集成振荡器到编码、解码信息新方案。“我们利用硅可制备多种激光器设计,每种设计都具有动态特性和潜在应用。在硅光子学电路中,这些新能力可大幅扩展控制、形成光。”(工业和信息化部电子第一研究所  许文琪)



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