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激光与硅产生声波效应的应用

发布时间:2021-03-12

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       近日,耶鲁大学的科学家创造了一种新型的硅激光器,该激光器使用声波来放大光。关于这一发现的研究发表在《科学》杂志的网络版上。
       近年来,人们越来越有兴趣将光学技术“”(例如光纤和自由空间激光器)转换为微型光学或“光子”?答案是集成电路。对集成电路使用光而不是电,可以以传统电子产品无法实现的速度发送和处理信息。研究人员说,硅光子技术“基于硅芯片的光学电路”是此类技术的领仙平台之一,这归功于它们与现有微电子技术的兼容性。
       “过去几年,我们已经看到硅光子技术的报炸式增长,” 耶鲁大学应用物理学副教授彼得·拉基奇说。“我们不仅开始看到这些技术进入可帮助我们的数据中心完美运行的商业产品,而且我们还发现了新的光子设备和技术,这些新的光子设备和技术可以改变从生物传感到芯片上量子信息的一切。这确实是一个令人兴奋的时刻为领域。”

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硅布里渊激光器在运行中的示意图(激光由限制光波和声波的纳米级硅结构形成)

       研究人员说,这种快速的增长已经迫切需要新的硅激光器来为新电路供电,“由于硅的间接带隙,这个问题在历史上一直很困难。”硅的固有特性,尽管对许多芯片级光学技术非常有用Rakich实验室的研究生,该研究的弟一作者Nils Otterstrom说:“这使得使用电流产生激光极其困难。这是困扰科学家十多年的问题。为了解决这个问题,我们需要找到其他方法来放大芯片上的光。在我们的例子中,我们结合使用了光波和声波。”
       激光器的设计将赛道形状内的放大光围起来,“使其陷入圆周运动。”赛道设计是创新的关键部分。通过这种方式,我们可以醉大化光的放大,并提供发生激光所必需的反馈。”为了放大声音,硅激光器使用了Rakich实验室开发的特殊结构。“从本质上讲,它是一种纳米级波导,旨在将光波和声波紧密地限制在一起,并使它们之间的相互作用醉大化,” 拉基奇说。“这种波导的独特之处在于,有两个不同的光传播通道,” 该研究的合著者,拉奇赫实验室的研究生埃里克·基特劳斯(Eric Kittlaus)补充说。“这使我们能够以允许非常坚固和灵活的激光器设计的方式来成形声光耦合器。”
       研究人员解释说,没有这种类型的结构,在硅中使用声音进行光的放大是不可能的。“我们已经采取了这些光路中实际上不存在的光声相互作用,并将它们转变为硅中醉强的放大机制。” 拉基奇说。“现在,我们能够将其用于新型激光技术,而十年前没有人想到过。”奥特斯特伦说,开发新激光器有两个主要挑战:“首先,设计和制造放大率超过损耗的设备,然后找出该系统的违反直觉的动力,” 他说。“我们观察到的是,虽然该系统显然是光学激光,但它也会产生非常相干的高超声波。”

       研究团队说,这些特性可能导致许多潜在的应用,从集成振荡器到用于编码和解码信息的新方案。“使用硅,我们可以创建多种激光器设计,每种激光器都有独特的动力学和潜在的应用,” 合著者Ryan Behunin说,他是北亚利桑那大学的助理教授,Rakich实验室的前成员。“这些新功能极大地扩展了我们控制和整形硅光子电路中的光的能力。”

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