激光與硅產(chǎn)生聲波效應(yīng)的應(yīng)用

發(fā)布時間：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，人們越來越有興趣將光學(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。對集成電路使用光而不是電，可以以傳統(tǒng)電子產(chǎn)品無法實現(xiàn)的速度發(fā)送和處理信息。研究人員說，硅光子技術(shù)“基于硅芯片的光學(xué)電路”是此類技術(shù)的領(lǐng)仙平臺之一，這歸功于它們與現(xiàn)有微電子技術(shù)的兼容性。
       “過去幾年，我們已經(jīng)看到硅光子技術(shù)的報炸式增長，” 耶魯大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)副教授彼得·拉基奇說?！拔覀儾粌H開始看到這些技術(shù)進入可幫助我們的數(shù)據(jù)中心完美運行的商業(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。這確實是一個令人興奮的時刻為領(lǐng)域?！?/span>

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

       研究人員說，這種快速的增長已經(jīng)迫切需要新的硅激光器來為新電路供電，“由于硅的間接帶隙，這個問題在歷史上一直很困難?！惫璧墓逃刑匦?，盡管對許多芯片級光學(xué)技術(shù)非常有用Rakich實驗室的研究生，該研究的弟一作者Nils Otterstrom說：“這使得使用電流產(chǎn)生激光極其困難。這是困擾科學(xué)家十多年的問題。為了解決這個問題，我們需要找到其他方法來放大芯片上的光。在我們的例子中，我們結(jié)合使用了光波和聲波?！?/span>
       激光器的設(shè)計將賽道形狀內(nèi)的放大光圍起來，“使其陷入圓周運動?！辟惖涝O(shè)計是創(chuàng)新的關(guān)鍵部分。通過這種方式，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實驗室開發(fā)的特殊結(jié)構(gòu)。“從本質(zhì)上講，它是一種納米級波導(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?！斑@種波導(dǎo)的獨特之處在于，有兩個不同的光傳播通道，” 該研究的合著者，拉奇赫實驗室的研究生埃里克·基特勞斯（Eric Kittlaus）補充說?！斑@使我們能夠以允許非常堅固和靈活的激光器設(shè)計的方式來成形聲光耦合器?！?/span>
       研究人員解釋說，沒有這種類型的結(jié)構(gòu)，在硅中使用聲音進行光的放大是不可能的?！拔覀円呀?jīng)采取了這些光路中實際上不存在的光聲相互作用，并將它們轉(zhuǎn)變?yōu)楣柚凶韽姷姆糯髾C制?！?拉基奇說?！艾F(xiàn)在，我們能夠?qū)⑵溆糜谛滦图す饧夹g(shù)，而十年前沒有人想到過?！眾W特斯特倫說，開發(fā)新激光器有兩個主要挑戰(zhàn)：“首先，設(shè)計和制造放大率超過損耗的設(shè)備，然后找出該系統(tǒng)的違反直覺的動力，” 他說。“我們觀察到的是，雖然該系統(tǒng)顯然是光學(xué)激光，但它也會產(chǎn)生非常相干的高超聲波?！?/span>

研究團隊說，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。“使用硅，我們可以創(chuàng)建多種激光器設(shè)計，每種激光器都有獨特的動力學(xué)和潛在的應(yīng)用，” 合著者Ryan Behunin說，他是北亞利桑那大學(xué)的助理教授，Rakich實驗室的前成員?！斑@些新功能極大地擴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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