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    2. 助力高速計算!科學家打造出新型法諾激光器,具備大幅提升的相干性

      2021-09-03  來自: 武漢市華中激光產業有限公司 瀏覽次數:484

      DTU的科學家們已經證明,一種新型的微型激光器——法諾激光器(Fano laser),與其他類型的激光器相比,具有根本的優勢。這一發現對許多未來的應用具有重要意義,如集成光子學、電子學與光子學的接口以及光學傳感器。

      信息技術運作傳輸,正造成地球球能源越來越嚴重的消耗。而采用光子技術,則可以以的能量消耗來執行這些操作,并且帶來非常高的數據速率。也因此,這一技術已被確定為實現容量需求可持續增長的一大關鍵技術。

      然而,現有的激光設計不能僅僅按比例縮小,以達到下一代集成器件的目標,因此需要在納米光子學領域的基礎上去獲得新的發現。

      在Villum Excellence中心(NATEC)、新成立的DNRF Excellence中心(NanoPhoton)和ERC Advanced Grant的支持下,DTU的科學家們正在利用一種名為法諾干涉(Fano interference)的現象,探索一類新型光子器件的物理和應用。這種物理效應為實現超快、低噪聲的納米激光器(稱為法諾激光器)、光學晶體管和工作在單光子水平的量子器件提供了機會。

      現在,DTU的科學家已經證明,與現有的微觀激光器相比,法諾激光器的相干性可以得到顯著改善。該研究結果發表在《自然·光子學》(Nature Photonics)雜志上。

      “激光器的相干性,是測量激光器產生的光的顏色純度的指標。更高的相干性對于許多應用是必不可少的,例如片上通信、可編程光子集成電路、傳感、量子技術和神經形態計算。例如,相干光通信系統使用光脈沖的相位來傳輸和檢測信息,導致了巨大的信息容量。”DTU Fotonik教授、NATEC和NanoPhoton中心負責人Jesper M?rk表示。

      “法諾激光的尺寸只有幾微米(一微米是千分之一毫米),它在一種不尋常的光學狀態下工作,這種狀態被稱為連續體的束縛狀態,由法諾共振引起。這種狀態的存在是由一些量子力學的早期先驅首先發現的,但多年來一直沒有通過實驗觀察到。在這篇論文中,我們證明了這種在連續介質中的束縛態的特性可以用來改善激光的相干性。”

      “這個觀察結果有些令人驚訝,”該研究的作者、DTU Fotonik的高級研究員Yi Yu補充說,“因為連續體中的束縛態比通常用于激光的狀態要弱得多。我們在論文中通過實驗和理論證明,這種新狀態的特性是可以利用的。”

      為了達成目標,研究團隊與DTU Fotonik的Kresten Yvind教授團隊合作,開發了一種的納米技術平臺,稱為埋地異質結構技術(Buried Heterostructure Technology)。這種技術讓小的、納米大小的有源材料區域成為了可能,在那里產生光,而其余的激光結構是被動的。正是法諾共振的物理學與這項技術相結合,實現了對量子噪聲的抑制,為微觀激光器帶來了可測量的相干性。

      這一新的發現,可能會導致法諾激光在集成電子-光子電路中的應用,特別是在新一代的高速計算機中。在今天的計算機中,電信號用于邏輯運算,也用于在計算機的不同部分之間傳輸數據。然而,由于歐姆損耗,在傳輸中浪費了大量的能量。

      法諾激光的主要作用,是將電子數據轉換為光信號,然后在計算機內幾乎沒有損失地傳輸——就像今天在互聯網上的光纖所做的那樣。從長遠來看,我們將能得以小的能源消耗,獲得速度更快的計算機芯片。

      關鍵詞: 激光器           
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