激光與硅產(chǎn)生聲波效應(yīng)的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間：2021-03-12

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       近日，耶魯大學(xué)的科學(xué)家創(chuàng)造了一種新型的硅激光器，該激光器使用聲波來(lái)放大光。關(guān)于這一發(fā)現(xiàn)的研究發(fā)表在《科學(xué)》雜志的網(wǎng)絡(luò)版上。
       近年來(lái)，人們?cè)絹?lái)越有興趣將光學(xué)技術(shù)“”（例如光纖和自由空間激光器）轉(zhuǎn)換為微型光學(xué)或“光子”？答案是集成電路。對(duì)集成電路使用光而不是電，可以以傳統(tǒng)電子產(chǎn)品無(wú)法實(shí)現(xiàn)的速度發(fā)送和處理信息。研究人員說(shuō)，硅光子技術(shù)“基于硅芯片的光學(xué)電路”是此類(lèi)技術(shù)的領(lǐng)仙平臺(tái)之一，這歸功于它們與現(xiàn)有微電子技術(shù)的兼容性。
       “過(guò)去幾年，我們已經(jīng)看到硅光子技術(shù)的報(bào)炸式增長(zhǎng)，” 耶魯大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)副教授彼得·拉基奇說(shuō)?！拔覀儾粌H開(kāi)始看到這些技術(shù)進(jìn)入可幫助我們的數(shù)據(jù)中心完美運(yùn)行的商業(yè)產(chǎn)品，而且我們還發(fā)現(xiàn)了新的光子設(shè)備和技術(shù)，這些新的光子設(shè)備和技術(shù)可以改變從生物傳感到芯片上量子信息的一切。這確實(shí)是一個(gè)令人興奮的時(shí)刻為領(lǐng)域?！?/span>

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硅布里淵激光器在運(yùn)行中的示意圖（激光由限制光波和聲波的納米級(jí)硅結(jié)構(gòu)形成）

       研究人員說(shuō)，這種快速的增長(zhǎng)已經(jīng)迫切需要新的硅激光器來(lái)為新電路供電，“由于硅的間接帶隙，這個(gè)問(wèn)題在歷史上一直很困難。”硅的固有特性，盡管對(duì)許多芯片級(jí)光學(xué)技術(shù)非常有用Rakich實(shí)驗(yàn)室的研究生，該研究的弟一作者Nils Otterstrom說(shuō)：“這使得使用電流產(chǎn)生激光極其困難。這是困擾科學(xué)家十多年的問(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們需要找到其他方法來(lái)放大芯片上的光。在我們的例子中，我們結(jié)合使用了光波和聲波。”
       激光器的設(shè)計(jì)將賽道形狀內(nèi)的放大光圍起來(lái)，“使其陷入圓周運(yùn)動(dòng)?！辟惖涝O(shè)計(jì)是創(chuàng)新的關(guān)鍵部分。通過(guò)這種方式，我們可以醉大化光的放大，并提供發(fā)生激光所必需的反饋?！睘榱朔糯舐曇?，硅激光器使用了Rakich實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的特殊結(jié)構(gòu)。“從本質(zhì)上講，它是一種納米級(jí)波導(dǎo)，旨在將光波和聲波緊密地限制在一起，并使它們之間的相互作用醉大化，” 拉基奇說(shuō)?！斑@種波導(dǎo)的獨(dú)特之處在于，有兩個(gè)不同的光傳播通道，” 該研究的合著者，拉奇赫實(shí)驗(yàn)室的研究生埃里克·基特勞斯（Eric Kittlaus）補(bǔ)充說(shuō)?！斑@使我們能夠以允許非常堅(jiān)固和靈活的激光器設(shè)計(jì)的方式來(lái)成形聲光耦合器?！?/span>
       研究人員解釋說(shuō)，沒(méi)有這種類(lèi)型的結(jié)構(gòu)，在硅中使用聲音進(jìn)行光的放大是不可能的?！拔覀円呀?jīng)采取了這些光路中實(shí)際上不存在的光聲相互作用，并將它們轉(zhuǎn)變?yōu)楣柚凶韽?qiáng)的放大機(jī)制。” 拉基奇說(shuō)?！艾F(xiàn)在，我們能夠?qū)⑵溆糜谛滦图す饧夹g(shù)，而十年前沒(méi)有人想到過(guò)?！眾W特斯特倫說(shuō)，開(kāi)發(fā)新激光器有兩個(gè)主要挑戰(zhàn)：“首先，設(shè)計(jì)和制造放大率超過(guò)損耗的設(shè)備，然后找出該系統(tǒng)的違反直覺(jué)的動(dòng)力，” 他說(shuō)。“我們觀察到的是，雖然該系統(tǒng)顯然是光學(xué)激光，但它也會(huì)產(chǎn)生非常相干的高超聲波?！?/span>

研究團(tuán)隊(duì)說(shuō)，這些特性可能導(dǎo)致許多潛在的應(yīng)用，從集成振蕩器到用于編碼和解碼信息的新方案?！笆褂霉?，我們可以創(chuàng)建多種激光器設(shè)計(jì)，每種激光器都有獨(dú)特的動(dòng)力學(xué)和潛在的應(yīng)用，” 合著者Ryan Behunin說(shuō)，他是北亞利桑那大學(xué)的助理教授，Rakich實(shí)驗(yàn)室的前成員。“這些新功能極大地?cái)U(kuò)展了我們控制和整形硅光子電路中的光的能力?！?/span>

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