發(fā)現(xiàn)的新現(xiàn)象解決了激光器中常見的問題 波長分裂

物理學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了如何解決由稱為量子點的新型材料制成的激光器中出現(xiàn)的主要問題。對于一個新興的光子學(xué)研究領(lǐng)域來說，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)的團隊已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了如何解決由稱為量子點的新型材料制成的激光器中出現(xiàn)的主要問題。對于一個新興的光子學(xué)研究領(lǐng)域來說，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)生單個窄光束。光束的強度取決于構(gòu)建激光器的材料;光穿過材料，產(chǎn)生由具有相似波長的光波構(gòu)成的光束，將大量能量集中到一個小區(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的激光器。量子點是半導(dǎo)體材料的微小晶體，其尺寸僅為約100個原子。晶體的大小決定了光束的波長，從藍光到紅光，甚至到紅外。

人們對量子點激光很感興趣，因為它們可以通過使用不同的半導(dǎo)體材料和選擇不同形狀和尺寸的激光，通過生長不同尺寸的晶體來調(diào)節(jié)特性。缺點是量子點激光通常包含微小的缺陷，將光分成多個波長，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波長。

這項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個微觀盤狀量子點激光器。然后，U團隊表明，幾乎所有的激光器都存在分裂光束波長的缺陷。

研究人員然后將兩個激光器耦合在一起以校正波長分裂。他們將一個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。量子點材料吸收光并重新發(fā)射更強大的紅光束。它們照射在激光上的綠光越強，能量增益越高。當?shù)诙€激光器沒有增益時，兩個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，當團隊向第二個激光器照射綠光時，其增益增加，關(guān)閉了兩個激光器之間的增益差異。一旦兩個激光器中的增益變得相似，兩個激光器之間的相互作用就會校正分裂并將能量聚焦成單個波長。這是任何人第一次觀察到這種現(xiàn)象。

這些發(fā)現(xiàn)對一個新的領(lǐng)域有影響，稱為光學(xué)和光子學(xué)研究。在過去的30年里，研究人員一直在嘗試使用光來傳輸信息，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使計算機運行，有些人設(shè)想使用光來代替。激光器將是其中的重要部分，并且正確的波長分裂可以通過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之類的材料也是一個主要優(yōu)點。

“有人可以使用量子點制作無缺陷的激光器并非不可能，但它會花費昂貴且耗時。相比之下，耦合是一種更快，更靈活，更經(jīng)濟有效的糾正問題的方法，”Evan說。 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。“這是一個技巧，因此我們不必制作完美的量子點激光器。”