首页 > 资讯 > 消息正文

由新加坡南大和英国利兹大学的科学家开发的第一台电动“拓扑”激光器

发布:laserpulse    |    2020-02-20 10:28    阅读:219
分享:
      

来自新加坡南洋理工大学(NTU新加坡)和英国利兹大学的科学家和工程师创造了第一台电驱动的“拓扑”激光器,该激光器可以很好的解决传统电泵浦半导体激光器设备制造过程中产生的缺陷

电动半导体激光器是当今最常见的激光器类型。它们用于条形码读取器和激光打印机等产品,用于光纤通信,还用于一些新兴应用领域,例如用于自动驾驶汽车的激光测距传感器。然而,它们的制造过程是严格的,并且如果在这些过程中将任何缺陷引入激光器的结构中,则当前设计的激光器就不能正常地工作。《自然》杂志报道了这一发现,克服了长期存在的问题,并有望利用现有的半导体技术提高生产效率,减少浪费。“拓扑激光器”是利用理论物理学中称为拓扑状态的概念制造的。

1980年代,科学家发现在某些材料中流动的电子具有“拓扑特征”,这意味着它们可以绕拐角或缺陷流动,而不会发生散射或泄漏。2016年诺贝尔物理学奖授予了三位率先研究此类电子拓扑状态的理论物理学家。现在,来自新加坡南大的工程师和物理学家的跨学科团队与英国利兹大学的材料科学家合作,已将这种拓扑方法应用于称为光子的轻粒子。新加坡南大电气与电子工程学院首席科学家王奇杰教授说:“由目前的技术在制造和包装过程中总会出现一些小问题, 每批制造的激光设备中都有一部分无法发射激光。”“ 这也正是我们探索光的拓扑状态的动机之一,光的拓扑状态比普通的光波更坚固。”

在本研究中,研究人员基于一种由英国利兹大学开发的先进半导体晶圆,称为量子级联激光器的电驱动激光器。这项研究的资深作者,英国利兹大学工程与物理科学学院研究与创新专业院长Giles Davies FREng教授说:“拓扑激光是令人着迷的基础科学现象中一个很好的例子。应用于电子设备,它具有改善激光系统性能的潜力。”

为了使光子在激光平台上实现拓扑状态,NTU和Leeds(利兹大学)团队设计了一种谷结构的光子晶体,该设计的灵感来自二维Valleytronic绝缘子的电子拓扑材料。该设计由布置在三角形晶格中的六边形孔组成,并蚀刻到半导体晶圆中,使其极为紧凑。在微结构内,光的拓扑状态在1.2毫米周长的三角形环内循环,充当光学谐振器,以累积形成激光束所需的光能。NTU新加坡物理与数学科学学院理论物理学家Yi Dong Chong副教授说:“光在三角环内循环的现象,是由拓扑状态的特殊特征所致。”

研究人员指出,新型拓扑量子级联激光器一个有趣的功能是它发出的光频率为太赫兹频率,介于电磁频谱的微波和红外区域之间。太赫兹光( Terahertz Light)已被认定在未来会被广泛的应用在传感,照明和无线通信行业中。该研究项目历时两年,由12名研究人员组成的跨学科团队参与。团队成员还包括NTU物理学家:张百乐副教授,博士后研究员,论文的第一作者曾永泉博士;以及利兹(Teahertz Electronics)教授埃德蒙·林菲尔德(Edmund Linfield)教授和高级研究员李连河博士。

展望未来,联合团队正在研究利用其他类型拓扑状态的激光器。王教授说:“我们在这个项目中使用的设计被称为谷结构光子晶体,它不是创造拓扑状态的唯一方法。”“存在许多不同类型的拓扑状态,可以针对不同类型的缺陷提供保护。我们认为,可以根据不同设备和应用的需求定制设计。”2018年,以色列技术学院和美国中佛罗里达大学的一个团队开发了由一系列连接的光学谐振器制成的拓扑激光器。研究人员表明,光的拓扑状态可以在激光阵列的角落和缺陷周围高效传播。但是,这种原型激光器的缺点是比大多数半导体激光器大得多,并且具有“光驱动”的功能,这意味着它由另一个激光器供电。英国利兹大学的这项研究由英国工程和物理科学研究委员会资助。

原文链接

本文受译者委托,享有该文的专有出版权,其他出版单位或网站如需转载,请与本站联系,联系email:mail#opticsjournal.net。(为防止垃圾邮件,请将#换为@)否则,本站将保留进一步采取法律手段的权利。

免责声明

网站内容来源于互联网、原创,由网络编辑负责审查,目的在于传递信息,提供专业服务,不代表本网站及新媒体平台赞同其观点和对其真实性负责。如对文、图等版权问题存在异议的,请于20个工作日内与我们取得联系,我们将协调给予处理(按照法规支付稿费或删除),联系方式:021-69918579。网站及新媒体平台将加强监控与审核,一旦发现违反规定的内容,按国家法规处理,处理时间不超过24小时。最终解释权归《中国激光》杂志社所有。

欧洲女人性开放视频