发现的新现象解决了激光器中的一个常见问题:波长分裂

2019-06-13 17:21:46

由犹他大学物理学家领导的团队已经发现了如何解决由称为量子点的新型材料制成的激光器中出现的主要问题。对于一个新兴的光子学研究领域来说,前所未有的现象将是非常重要的,包括有朝一日制造使用光而不是电子来编码信息的微芯片。

激光器是放大光的装置,通常产生单个窄光束。光束的强度取决于构建激光器的材料; 光穿过材料,产生由具有相似波长的光波构成的光束,将大量能量集中到一个小区域。能够放大光束能量的这种材料特性称为“增益”。

许多科学家正在制造带有量子点的激光器。量子点是半导体材料的微小晶体,其尺寸仅为约100个原子。晶体的大小决定了光束的波长,从蓝光到红光,甚至到红外。

人们对量子点激光很感兴趣,因为它们可以通过使用不同的半导体材料和选择不同形状和尺寸的激光,通过生长不同尺寸的晶体来调节特性。缺点是量子点激光通常包含微小的缺陷,将光分成多个波长,从而分散光束的能量,使其功能降低。理想情况下,您希望激光将功率集中到一个波长。

这项新研究旨在纠正这一缺陷。首先,佐治亚理工学院的合作者用硒化镉制造了50个微观盘状量子点激光器。然后,U团队表明,几乎所有的激光器都存在分裂光束波长的缺陷。

研究人员然后将两个激光器耦合在一起以校正波长分裂。他们将一个激光器置于全增益状态,描述了可能的最大能量。为了获得充分的收益,科学家们将第一盏激光器上的绿光称为“泵浦”光。量子点材料吸收光并重新发射更强大的红光束。它们照射在激光上的绿光越强,能量增益越高。当第二个激光器没有增益时,两个激光器之间的差异阻止了任何相互作用,并且仍然发生分裂。然而,当团队向第二个激光器照射绿光时,其增益增加,关闭了两个激光器之间的增益差异。一旦两个激光器中的增益变得相似,两个激光器之间的相互作用就会校正分裂并将能量聚焦成单个波长。这是任何人第一次观察到这种现象。

这些发现对一个新的领域有影响,称为光学和光子学研究。在过去的30年里,研究人员一直在尝试使用光来传输信息,而不是传统电子产品中使用的电子。例如,不是在微芯片上放置大量电子来使计算机运行,有些人设想使用光来代替。激光器将是其中的重要部分,并且正确的波长分裂可以通过光控制信息提供显着的益处。在该领域中使用诸如量子点之类的材料也是一个主要优点。

“有人可以用量子点制作无缺陷的激光并非不可能,但这将是昂贵且耗时的。相比之下,耦合是一种更快,更灵活,更具成本效益的纠正问题的方法,“U的物理和天文学研究助理教授,该研究的第一作者Evan Lafalce说。“这是一个技巧,因此我们不必制作完美的量子点激光器。”

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