發(fā)現(xiàn)的新現(xiàn)象解決了激光器中常見(jiàn)的問(wèn)題 波長(zhǎng)分裂

物理學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了如何解決由稱為量子點(diǎn)的新型材料制成的激光器中出現(xiàn)的主要問(wèn)題。對(duì)于一個(gè)新興的光子學(xué)研究領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，前所未有的現(xiàn)象將是非常重要的，包括有朝一日制造使用光而不是電子來(lái)編碼信息的微芯片。由猶他大學(xué)物理學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了如何解決由稱為量子點(diǎn)的新型材料制成的激光器中出現(xiàn)的主要問(wèn)題。對(duì)于一個(gè)新興的光子學(xué)研究領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，前所未有的現(xiàn)象將是非常重要的，包括有朝一日制造使用光而不是電子來(lái)編碼信息的微芯片。該研究于2019年2月4日在Nature Communications雜志上發(fā)表。

激光器是放大光的裝置，通常產(chǎn)生單個(gè)窄光束。光束的強(qiáng)度取決于構(gòu)建激光器的材料;光穿過(guò)材料，產(chǎn)生由具有相似波長(zhǎng)的光波構(gòu)成的光束，將大量能量集中到一個(gè)小區(qū)域。能夠放大光束能量的這種材料特性稱為“增益”。

許多科學(xué)家正在制造帶有量子點(diǎn)的激光器。量子點(diǎn)是半導(dǎo)體材料的微小晶體，其尺寸僅為約100個(gè)原子。晶體的大小決定了光束的波長(zhǎng)，從藍(lán)光到紅光，甚至到紅外。

人們對(duì)量子點(diǎn)激光很感興趣，因?yàn)樗鼈兛梢酝ㄟ^(guò)使用不同的半導(dǎo)體材料和選擇不同形狀和尺寸的激光，通過(guò)生長(zhǎng)不同尺寸的晶體來(lái)調(diào)節(jié)特性。缺點(diǎn)是量子點(diǎn)激光通常包含微小的缺陷，將光分成多個(gè)波長(zhǎng)，從而分散光束的能量，使其功能降低。理想情況下，您希望激光將功率集中到一個(gè)波長(zhǎng)。

這項(xiàng)新研究旨在糾正這一缺陷。首先，佐治亞理工學(xué)院的合作者用硒化鎘制造了50個(gè)微觀盤(pán)狀量子點(diǎn)激光器。然后，U團(tuán)隊(duì)表明，幾乎所有的激光器都存在分裂光束波長(zhǎng)的缺陷。

研究人員然后將兩個(gè)激光器耦合在一起以校正波長(zhǎng)分裂。他們將一個(gè)激光器置于全增益狀態(tài)，描述了可能的最大能量。為了獲得充分的收益，科學(xué)家們將第一盞激光器上的綠光稱為“泵浦”光。量子點(diǎn)材料吸收光并重新發(fā)射更強(qiáng)大的紅光束。它們照射在激光上的綠光越強(qiáng)，能量增益越高。當(dāng)?shù)诙€(gè)激光器沒(méi)有增益時(shí)，兩個(gè)激光器之間的差異阻止了任何相互作用，并且仍然發(fā)生分裂。然而，當(dāng)團(tuán)隊(duì)向第二個(gè)激光器照射綠光時(shí)，其增益增加，關(guān)閉了兩個(gè)激光器之間的增益差異。一旦兩個(gè)激光器中的增益變得相似，兩個(gè)激光器之間的相互作用就會(huì)校正分裂并將能量聚焦成單個(gè)波長(zhǎng)。這是任何人第一次觀察到這種現(xiàn)象。

這些發(fā)現(xiàn)對(duì)一個(gè)新的領(lǐng)域有影響，稱為光學(xué)和光子學(xué)研究。在過(guò)去的30年里，研究人員一直在嘗試使用光來(lái)傳輸信息，而不是傳統(tǒng)電子產(chǎn)品中使用的電子。例如，不是在微芯片上放置大量電子來(lái)使計(jì)算機(jī)運(yùn)行，有些人設(shè)想使用光來(lái)代替。激光器將是其中的重要部分，并且正確的波長(zhǎng)分裂可以通過(guò)光控制信息提供顯著的益處。在該領(lǐng)域中使用諸如量子點(diǎn)之類的材料也是一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)。

“有人可以使用量子點(diǎn)制作無(wú)缺陷的激光器并非不可能，但它會(huì)花費(fèi)昂貴且耗時(shí)。相比之下，耦合是一種更快，更靈活，更經(jīng)濟(jì)有效的糾正問(wèn)題的方法，”Evan說(shuō)。 Lafalce，U的物理和天文學(xué)研究助理教授，也是該研究的主要作者。“這是一個(gè)技巧，因此我們不必制作完美的量子點(diǎn)激光器。”