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        科學(xué)家用兩束激光“撞”出多頻率光

        2012-12-01 01:29:36
        中國光學(xué) 2012年3期
        關(guān)鍵詞:舍溫激光束赫茲

        科學(xué)家用兩束激光“撞”出多頻率光

        據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)報道,美國加州大學(xué)圣巴巴拉分校的研究人員通過將高、低頻率的激光束瞄準(zhǔn)半導(dǎo)體,引發(fā)電子從核心脫離并加速,再回來碰撞核心,由此產(chǎn)生多種頻率光。相關(guān)研究結(jié)果刊登在《自然》雜志上。

        當(dāng)高頻率的激光束擊中半導(dǎo)體材料如砷化鎵納米結(jié)構(gòu)時,會創(chuàng)建一對被稱為激子的電子—空(穴)復(fù)合體,即當(dāng)電子從外界獲得能量時,會跳到較高的能級,但并不穩(wěn)定,很快又會將獲得的能量釋放,從而回到原來的能級;但如果電子獲得的能量夠高,就可擺脫原子核的束縛成為自由電子,電子空出來的位置則稱為空穴,自由電子可能會因為摩擦或碰撞等因素?fù)p失能量,最后受到空穴的吸引而復(fù)合。

        論文合著者、該校物理系教授及太赫茲科學(xué)與技術(shù)研究所主任馬克·舍溫說:“高頻激光產(chǎn)生電子—空穴對,很強的低頻自由電子激光束將電子分離并加速,這時由于電子加速有多余能量,它會猛烈碰撞空穴,重組電子—空穴對,并放射出新頻率光子。在相當(dāng)常規(guī)的路徑下混合激光束碰撞后會得到一或兩個新的頻率,而我們在實驗中看到所有這些不同的新頻率最多能達到11個,這個現(xiàn)象著實令人興奮?!?/p>

        舍溫說,由于每個頻率的光對應(yīng)不同的顏色,他們之所以能獲得這樣的突破是依靠了一種特別的工具—自由電子激光器,其最大特點是可以探測出物質(zhì)的基本性質(zhì),將其置于混合光束之前即可測量出不同光的顏色,由此發(fā)現(xiàn)多種頻率的光。

        論文第一作者、該校物理系博士生本·扎克斯解釋說:“這就像有線電視網(wǎng)絡(luò),其電纜是一束光纖,而你沿著這條線發(fā)送約1.5 μm波長的光束,但在這束光里有如同細(xì)梳齒的縫隙一樣分離出的許多頻率,信息會以一種頻率來移動。而采用這種技術(shù)就能增加很多可以傳輸信息的頻率,而且彼此相隔不會太遠(yuǎn)。”

        該研究團隊建立了一種產(chǎn)生電子—空穴再碰撞的機器,其在現(xiàn)實中恐怕還沒有實際性的應(yīng)用。然而,從理論上講,一個晶體管可以用于自由電子激光產(chǎn)生強烈的太赫茲場,還可以調(diào)節(jié)臨近的紅外線光束。數(shù)據(jù)表明,該儀器調(diào)制的近紅外激光是太赫茲頻率的2倍,當(dāng)增加光調(diào)制的速度,將會更快傳輸接收自電纜的信息。

        研究人員介紹說,將電子—空穴再碰撞現(xiàn)象應(yīng)用于現(xiàn)實世界中有望顯著提高光纜數(shù)據(jù)傳輸和通信速度的能力,而最有可能的應(yīng)用是多路復(fù)用技術(shù)即多渠道發(fā)送數(shù)據(jù);另一項應(yīng)用是對光進行高速調(diào)制。

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