|
美国麻省理工学院（MIT）和圣地亚国家实验室采取全新激光器设计理念，构造出单片太赫兹激光器，可显著减少功耗和尺寸，以及发出更密集的光束，对推动激光器的实用化至关重要。 性能指标新的激光器是由37个微纳工艺制造激光器单片集成的阵列，所占面积不足1mm2，由于所有激光器发出的激光都是“锁相”的，所以功耗极低。该激光器阵列可工作在3THz，彼此之间仅以相当于其基本波长(100µm)的间距隔开。研究人员表示，通过具有明确相位关系的远场辐射彼此锁相，这些激光器阵列就能以最高450mW A-1斜率效率以及近绕射极限的波束散射，以脉冲方式联合输出6.5mW单模激光。
思路来源研究思路受微波领域的天线工程技术激发，而非局限于传统的光电领域。微波领域所用天线阵列一般都可实现窄波束形成。研究人员将纳米激光器设计为定义明确的网格图案，利用纳米激光器发散的波束图案来获取和阵列中其他激光器的强耦合，形成比个别激光器单独实现的总合更集中和强大的光束。 相位同步在新的阵列中，每一个激光器都有一个由内部电流产生的磁场，以使激光器所发激光的相位同步。形成光束时，激光器阵列锁相是一种极其高效率的方法，可提高输出功率以及降低发射阈值。 单片集成研究人员在《自然光子学》杂志上发表了其研究成果，文中对比了已有的的四项锁相技术，并表示其用于微米尺寸均有缺陷：一些需要将光电器件紧密放置，增加制造难度；另一些需要片外光电器件，其与激光器的相对位置必须精确。而新研究出的激光器则是单片集成。 横向捕获在数十年的发展中，对芯片级激光器的研究一直活跃，潜在应用包括计算机、环境生物传感用芯片到芯片通信等。随着激光器尺寸的减小，所发激光变得分散，变得像一个小天线。如果芯片级激光器只试图向一个方向发出激光，那它在横向上的激光就被浪费了，并增加了功耗。 而新设计的阵列则重新捕获了横向上的激光，并重新按垂直于阵列的方向再次发射出去，使光束比其他实验性质芯片级激光器的光束要密集得多。而且，阵列中加入的激光器越多，能捕获的横向激光越多，阵列产生激光所需功率门槛越低。横向激光能够长距离传输，随着阵列的增大，该优势将进一步突出。 应用和意义该工作对于解决太赫兹量子级联激光器的挑战同样重要，即有助于产生一个高质量、高效率光束。这通常对于太赫兹量子级联激光器很困难，因为单个激光器腔体要小于波长。 该研究可望用于太赫兹光谱仪或扫描仪。 研究人员感悟所有的物理现象都有好的和不好的方面，不能明确地说某一行为是绝对地好或坏。 打破传统学科限制，可能带来从本质上实现颠覆的全新发展新思路。 |
|
|
