耶魯大學的科學家創(chuàng)造了一種新型的硅激光器，它使用聲波來放大光線。關于這一發(fā)現(xiàn)的研究發(fā)表在《科學》雜志的在線版上。

近年來，將光纖技術（例如光纖和自由空間激光器）轉(zhuǎn)化為微小光學或“光子”集成電路的興趣日益增加。對集成電路使用光而不是電能允許以常規(guī)電子裝置不可能的速度發(fā)送和處理信息。研究人員說，硅光子學 - 基于硅芯片的光學電路 - 由于它們與現(xiàn)有微電子學的兼容性，是此類技術的主要平臺之一。

耶魯大學應用物理學副教授Peter Rakich領導了這項研究，他說：“過去幾年我們看到了硅光子技術的迅速發(fā)展。“我們不僅開始看到這些技術進入商業(yè)產(chǎn)品，幫助我們的數(shù)據(jù)中心完美無瑕地運行，而且我們還發(fā)現(xiàn)了新的光子器件和技術，這些器件和技術可以改變從生物傳感到芯片上量子信息的所有事情。為領域?！?/p>

研究人員表示，這種快速增長迫切需要新型硅激光器為新電路供電 - 由于硅的間接帶隙，這一問題歷來難以實現(xiàn)。Rakich實驗室的研究生Nils Otterstrom說：“硅的固有特性雖然對于許多芯片級光學技術非常有用，但使用電流產(chǎn)生激光非常困難。”該研究的第一作者?！斑@是一個困擾科學家超過十年的問題，為了避免這個問題，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，我們使用光波和聲波的組合?！?/p>

激光設計的軍旗放大了跑道形狀內(nèi)的光 - 以圓周運動捕捉它。“賽道設計是創(chuàng)新的關鍵部分，通過這種方式，我們可以最大限度地擴大光線并提供激光產(chǎn)生所需的反饋，”O(jiān)tterstrom說。

為了放大聲音，硅激光器采用了Rakich實驗室開發(fā)的特殊結構?！八旧鲜且粋€納米級波導，旨在嚴格限制光波和聲波，并最大化它們的相互作用，”Rakich說。

“這種波導的獨特之處在于，有兩種不同的光傳播通道，”該研究的合著者之一，以及Rakich實驗室的研究生Eric Kittlaus補充道?！斑@使我們能夠以一種能夠提供非常穩(wěn)健和靈活的激光設計的方式來塑造光聲耦合?！?/p>

研究人員解釋說，如果沒有這種類型的結構，在硅中不可能用聲音放大光?！拔覀儾捎昧诉@些光學電路幾乎不存在的輕聲相互作用，并將它們轉(zhuǎn)化為硅中最強的放大機制，”Rakich說?！艾F(xiàn)在，我們可以將它用于10年前沒人想到的新型激光技術?！?/p>

Otterstrom表示，在開發(fā)新型激光器方面存在兩個主要挑戰(zhàn)：“首先，設計和制造放大率超過損耗的器件，然后找出該系統(tǒng)的反直覺動力學，”他說?！拔覀冇^察到的是，雖然該系統(tǒng)顯然是一種光學激光器，但它也會產(chǎn)生非常連貫的超音速波?！?/p>

研究小組表示，這些屬性可能會導致許多潛在的應用，從集成振蕩器到編碼和解碼信息的新方案。合作者，北亞利桑那大學助理教授，前Rakich實驗室成員Ryan Behunin說：“使用硅片，我們可以創(chuàng)建多種激光設計，每種設計都有獨特的動力學和潛在的應用?！斑@些新功能極大地擴展了我們控制和塑造硅光子電路中光線的能力。”