《国外研发新型量子级联激光器》

  • 来源专题:新一代信息技术
  • 编译者: 张卓然
  • 发布时间:2023-07-24
  •     意大利国家研究委员会比萨纳米科学研究所与英国利兹大学、德国慕尼黑工业大学等高校的研究人员合作,成功研发了一种体积小、成本低、精度高的新型量子级联半导体激光器,能够产生太赫兹频率的短辐射脉冲。该成果发表于《自然·光子学》(Nature Photonics)杂志。

        与通过产生恒定辐射束连续工作的传统激光器不同,新型激光器能够产生“脉冲”光束,即自发地定期打开和关闭,无需外部电源或复杂的控制电子设备,而这归功于被称为“锁模”的技术机制。新技术的核心是量子级联激光技术与石墨烯光学特性的创新结合。研究人员表示,他们开发了一种全新的设备架构,可将局部石墨烯条带集成嵌入到量子级联激光器中。该产品被认为可广泛应用于气候和环境监测、超高速通信等诸多领域。


  • 原文来源:https://www.istic.ac.cn/html/1/538/1506840107049808634.html
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  • 《国外团队打造出新型二维光子时间晶体,可改进激光器和无线通信》

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    • 编译者:husisi
    • 发布时间:2023-04-28
    • 近期,国外一支研究团队宣布开发出一种制造光子时间晶体的方法,并证明这种基于时间的人造光学材料可以放大照射在它们上面的光。最终,这些光子晶体将有望带来更高效、更强大的无线通信,并显著改进激光器。 日前,发表在《科学进展》(Science Advances)杂志上的一篇论文描述了这些发现。相关成果来自来自阿尔托大学、卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)和斯坦福大学的研究人员。 早在2012年,诺贝尔奖得主Frank Wilczek就曾首次提出了时间晶体的概念:普通的、熟悉的晶体具有在空间中重复的结构模式,而在时间晶体中,这种模式可以在时间上重复。去年,阿尔托大学低温实验室的研究人员就成功创造出了成对的时间晶体,它们能够用于量子器件。 如今,另一个团队的研究人员开发出了在微波频率下工作的光子时间晶体,并且证明这种晶体可以放大电磁波——这种能力在各种技术中均存在潜在的应用,包括无线通信、集成电路和激光。 迄今,科研界对光子时间晶体的研究主要集中在块状材料上(即三维结构),这已经被证明是非常具有挑战性的,而且相关实验还没开发出可用于实际应用的模型系统。 上述研发出新型光子时间晶体的团队则尝试了一种新的方法:建立一个二维光子时间晶体,被称为超表面。 通过将三维结构“降维”至二维结构,他们使得实际条件下实现光子时间晶体的制造变得更简单轻松。研究小组表示,他们已经能够制造出光子时间晶体,并通过实验验证了有关其行为的理论预测:“我们首次证明了光子时间晶体可以高增益地放大入射光。” 在光子时间晶体中,光子以一种随时间重复的模式排列。这意味着晶体中的光子是同步和相干的,这可以导致光的干涉和放大。光子的周期性排列,意味着它们也可以以增强放大的方式相互作用。 二维光子时间晶体具有广泛的应用前景: 首先,通过放大电磁波,它们可以使无线发射器和接收器变得更强大或更高效。研究人员指出,在表面涂上二维光子时间晶体也可以帮助信号衰减,这是无线传输中的一个重要问题。光子时间晶体还可以通过消除通常用于激光腔的大块反射镜来简化激光器的设计。 另外,二维光子时间晶体不仅可以放大在自由空间中撞击它们的电磁波,还可以放大沿表面传播的电磁波。表面波用于集成电路中电子元件之间的通信,而将二维光子时间晶体集成到系统中,就可以放大表面波,从而提高通信效率。
  • 《使用量子级联激光器实现私人自由空间通信》

    • 来源专题:后摩尔
    • 编译者:shenxiang
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    • 自由空间光通信(Free space optical communication,简称Free space optical communication)是一种利用光传输信息的远距离通信系统,是一种很有前途的高速通信系统。这种通信系统不受电磁干扰的影响,电磁干扰是一种由外部源产生的干扰,会影响电路并干扰无线电信号。 虽然一些研究强调了自由空间光通信的可能优势,但这种通信系统到目前为止仍有一定的局限性。最值得注意的是,其安全防范窃听者的功能是有限的。来自法国巴黎理工学院、德国达姆施塔特工业大学和美国洛杉矶加利福尼亚大学的研究团队最近推出了一种基于量子级联激光器的更安全的自由空间光通信系统,该系统是一种典型的发射中红外光的半导体激光器。 通过量子密钥分发(即基于量子物理特性)的私人自由空间通信是很有希望的,但可能还需要数年,甚至更长的时间。目前该项技术的主要限制是对低温系统的要求、非常慢的数据传输速率和昂贵的设备。 研究团队提出了一种替代先前提出的实现私有自由空间通信的系统的方法,这种系统实现了基于量子力学定律的密码协议,设计的新系统是基于使用两个单向耦合的量子级联激光器。 研究人员的方法结合了混沌同步和中红外波长的量子级联激光技术。混沌同步是半导体激光器研究的一个特殊性质。混沌同步是私人通信的关键,而中红外波长意味着大气的衰减比近红外波长低,而近红外波长是大多数半导体激光器发射的波长。此外,中红外波长意味着隐身,因为背景辐射位于同一波长域。” 量子级联激光器的中红外波长使得潜在的窃听者更难破译使用研究人员系统交换的信息。这意味着通信的安全性进一步提高。 本研究成功实现了是两个QCL之间成功的混沌同步,在这种结构中产生时间混沌的可能性一直是有争议的,因为与大多数半导体激光器相比,它们依赖不同的技术,这使得QCLs更稳定,因此不太容易发生混沌。几年前,研究人员通过实验证明了QCLs可以产生时间混沌,现在更进一步实现了基于混沌同步的私有通信。 到目前为止,研究人员仅仅描述了他们提出的系统的概念证明,两个量子级联激光器之间的距离只有一米。对于自由空间通信来说,这不是一个现实的配置。未来,研究人员希望改进系统,使之更适合于现实世界的实现,把自由通信距离增加到几百米,然后再增加几公里,以便建立一个作战系统。 除了量子级联激光器外,还有其它中红外半导体激光器,如带间级联激光器。研究人员计划用带间级联激光器重复同样的实验,以确定中红外波长下私人通信的最佳配置。 该论文以题名“Private communications with quantum cascade laser photonic chaos”发表在《自然通讯》上,原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-021-23527-9