博科園：本文為光學與光子學由猶他大學物理學家領導的一個小組發現了如何解決由一種叫做量子點的新型材料製成的雷射器中出現的一個主要問題。這一前所未見的現象將對光子學研究的一個新興領域產生重要影響，其中包括有一天將利用光而不是電子來製造編碼信息的微晶片，該研究於2019年2月4日發表在《自然通訊》上。雷射是一种放大光的裝置，通常只產生一束狹窄的光。光束的強度取決於製造雷射的材料，光通過這種材料，產生一種由波長相似光波構成的光束，將大量能量集中到一個小區域。這種能夠放大光束能量的材料特性被稱為「增益」。許多科學家正在用量子點製造雷射，量子點是由半導體材料製成的微小晶體，直徑僅為100個原子。
博科園-科學科普：晶體的大小決定了光束的波長，從藍光到紅光，甚至到紅外線。人們之所以對量子點雷射器感興趣，是因為他們可以通過使用不同的半導體材料，選擇不同形狀和尺寸的雷射器，使晶體生長到不同的尺寸，從而調整其性能。缺點是量子點雷射器通常含有微小的缺陷，這些缺陷會將光分裂成多個波長，從而分散光束的能量，降低光束的功率。理想情況下，你希望雷射把能量集中到一個波長。這項新研究試圖糾正這一缺陷。首先喬治亞理工學院的合作者用硒化鎘製造了50個微型圓盤狀量子點雷射器。團隊隨後證明，幾乎所有的單個雷射器都存在分裂光束波長的缺陷。
然後研究人員將兩束雷射耦合在一起，以糾正波長的分裂。他們把一束雷射調到最大增益，這就描述了可能的最大能量。為了獲得最大的增益，科學家們在第一束雷射上發射了一束被稱為「泵浦」光的綠光。量子點材料吸收了光並重新發射出一束更強的紅光。他們在雷射上發出的綠光越強，能量的增益就越高。當第二束雷射沒有增益時，兩束雷射的差值阻止了相互作用，仍然發生了分裂。然而，當研究小組將一束綠光照射到第二束雷射上時，它的增益增加，縮小了兩束雷射之間的增益差。一旦兩束雷射器的增益變得相似，兩束雷射器之間的相互作用就會糾正分裂並將能量聚焦到一個波長，這是人們第一次觀察到這種現象。
這些發現對一個叫做光學和光子學研究的新領域有意義。在過去的30年裡，研究人員一直在試驗用光來傳遞信息，而不是用傳統電子產品中的電子。例如與其把大量的電子放在微晶片上讓計算機運行，還不如用光來代替。雷射將是其中的一個重要組成部分，正確的波長分裂可以提供一個重要的好處，通過光控制信息。在這個領域使用量子點等材料也可能是一個主要優勢。有人能用量子點製造出一種無缺陷的雷射並非不可能，但這既昂貴又耗時。相比之下，耦合是一種更快、更靈活、更划算的解決問題的方法，這是一個小技巧，這樣我們就不必製造出完美的量子點雷射器。
博科園-科學科普｜研究/來自: 猶他大學Lisa Potter, University of Utah參考期刊文獻:《Nature Communications》DOI: 10.1038/s41467-019-08432-6博科園-傳遞宇宙科學之美
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