耶魯大學(xué)的科學(xué)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(guān)于這一發(fā)現(xiàn)的研究發(fā)表在《科學(xué)》雜志的在線版上。

近年來，將光纖技術(shù)（例如光纖和自由空間激光器）轉(zhuǎn)化為微小光學(xué)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(xué) - 基于硅芯片的光學(xué)電路 - 由于它們與現(xiàn)有微電子學(xué)的兼容性，是此類技術(shù)的主要平臺之一。

耶魯大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)副教授Peter Rakich領(lǐng)導(dǎo)了這項研究，他說：“過去幾年我們看到了硅光子技術(shù)的迅速發(fā)展?！拔覀儾粌H開始看到這些技術(shù)進(jìn)入商業(yè)產(chǎn)品，幫助我們的數(shù)據(jù)中心完美無瑕地運(yùn)行，而且我們還發(fā)現(xiàn)了新的光子器件和技術(shù)，這些器件和技術(shù)可以改變從生物傳感到芯片上量子信息的所有事情。為領(lǐng)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(xué)技術(shù)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(xué)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(shè)計的軍旗放大了跑道形狀內(nèi)的光 - 以圓周運(yùn)動捕捉它?！百惖涝O(shè)計是創(chuàng)新的關(guān)鍵部分，通過這種方式，我們可以最大限度地擴(kuò)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(jié)構(gòu)?！八旧鲜且粋€納米級波導(dǎo)，旨在嚴(yán)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(dǎo)的獨(dú)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(bǔ)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(shè)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(jié)構(gòu)，在硅中不可能用聲音放大光?！拔覀儾捎昧诉@些光學(xué)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(qiáng)的放大機(jī)制，”Rakich說。“現(xiàn)在，我們可以將它用于10年前沒人想到的新型激光技術(shù)?！?/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(shè)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(xué)，”他說。“我們觀察到的是，雖然該系統(tǒng)顯然是一種光學(xué)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(dǎo)致許多潛在的應(yīng)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(xué)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(shè)計，每種設(shè)計都有獨(dú)特的動力學(xué)和潛在的應(yīng)用?！斑@些新功能極大地擴(kuò)展了我們控制和塑造硅光子電路中光線的能力?！?/p>