美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室(伯克利實驗室)和加州大學伯克利分校(UC)報告了雷射技術的重大突破。伯克利實驗室和加州大學伯克利分校聯合任命的物理學家張翔(Xiang Zhang)領導的科學家已經開發出一種獨特的微環雷射腔,即使在傳統的多模雷射腔中也可以產生單模雷射腔。這種按需提供單模拉光功能對廣泛的應用具有影響,包括光學計量和幹涉測量、光學數據存儲、高解析度光譜學和光學通信。
&34;張說,他是伯克利實驗室材料科學系的主管,也是加州大學伯克利分校的歐內斯特·庫·恩多教授。&34;
張教授也是美國國家科學基金會納米尺度科學與工程中心的成員,也是伯克利卡夫利能源納米科學研究所的成員,他是《科學》一篇論文的相應作者,該論文描述了這一工作。本文的標題是&34;。合著者是梁峰、黃子靜、馬仁敏和王元。
雷射腔或諧振器是雷射的鏡像組件,其中反射的光多次產生在某些諧振頻率(稱為模式)下站立波。雷射腔通常支持多種模式,因為它們的尺寸比光學波長大得多。模式之間的競爭限制了光增益的振幅,並導致發射雷射束的隨機波動和不穩定。
&34;張說。單模雷射器的光發射是單色的,具有低相位和強度噪聲,但創建充分調製的光增益和損耗以獲得單模雷射是一項挑戰。
雖然已開發模式操作和選擇策略以實現單模式套用,但每個策略都僅適用於特定配置。張群開發的微環雷射腔是總體設計的第一個成功概念。他們成功的關鍵是使用打破奇偶校驗時間 (PT) 對稱性的概念。奇偶校驗對稱定律規定,即使系統的空間配置反轉(如鏡像)或時間方向向後運行,系統的屬性(如光束)也保持不變。張和他的小組發現了一種稱為&34;的現象,這為他們提供了對微環雷射腔諧振模式的前所未有的控制,這是雷射物理和應用中發射控制的關鍵要求。
&34;《科學》論文的主要作者梁峰說。換句話說,PT 對稱性中斷的閾值為零增益/損耗對比度。
張、馮和團隊的其他成員能夠利用無門PT對稱性突破獨特微環雷射腔的現象。該腔由鉻/鈾的雙層結構組成,這些鉻/鈾定期排列在苯胺方向上,在微環諧振器上,該振孔由磷化物基質基質的鈦-阿森德-磷化物化合物製成。微環的直徑為9微米。
&34;Feng 說。&34;PT對稱性斷裂意味著光學模式可以以增益為主導,而PT對稱性意味著所有模式都保持被動,&34;使用我們的微環雷射腔,我們促進在PT對稱性斷裂中所需的模式,同時保持所有其他模式PT對稱。儘管 PT 對稱性本身不能保證單模式拉麵,但當與所有其他模式的 PT 對稱性一起操作時,它便於單模式套線。
研究人員在《科學》雜誌上指出,通過PT對稱性突破的單模穿行可以為下一代光電子器件的通信和計算鋪平道路,因為它能夠獨立操作多個雷射束,而不用困擾當今系統的&34;問題。其微環雷射腔概念還可用於在典型的多模雷射腔中設計光學模式,以創建所需的雷射模式和發射模式。
&34;馮說。"此外,無論增益頻譜帶寬如何,所演示的單模操作都可能會創建一個雷射晶片,以不同頻率承載數萬億個信息信號。這將使一個巨大的數據中心縮小到微小的光子晶片成為可能。