超高调制频率激光器

科技日报 2012年03月30日 星期五 本报讯 据物理学家组织网3月28日报道，美国加州大学圣巴巴拉分校的研究人员通过将高、低频率的激光束瞄准半导体，引发电子从核心脱离并加速，再回来碰撞核心，由此产生多种频率光。相关研究结果刊登在最新一期《自然》杂志上。 当高频率的激光束击中半导体材料如砷化镓纳米结构时，会创建一对被称为激子的电子—空(穴)复合体，即当电子从外界获得能量时，会跳到较高的能级，但并不稳定，很快又会将获得的能量释放从而回到原来的能级；但如果电子获得的能量够高，就可摆脱原子核的束缚成为自由电子，电子空出来的位置则称为空穴，自由电子可能会因为摩擦或碰撞等因素损失能量，最后受到空穴的吸引而复合。 论文合著者、该校物理系教授及太赫兹科学与技术研究所主任马克·舍温说：“高频激光产生电子—空穴对，很强的低频自由电子激光束将电子从穴口分离并加速，这时由于电子加速有多余能量，它会猛烈碰撞空穴，重组电子—空穴对，并放射出新频率光子。在相当常规的路径下混合激光束碰撞后会得到一或两个新的频率，而我们在实验中看到所有这些不同的新频率最多能达到11个，这个现象着实令人兴奋。” 舍温说，由于每个频率的光对应不同的颜色，他们之所以能获得这样的突破是依靠了一种特别的工具——自由电子激光器，其最大特点是可以探测出物质的基本性质，将其置于混合光束之前即可测量出不同光的颜色，由此发现多种频率的光。 论文第一作者、该校物理系博士生本·扎克斯解释说：“这就像有线电视网络，其电缆是一束光纤，而你沿着这条线发送约1.5微米波长的光束，但在这束光里有如同细梳齿的缝隙一样分离出的许多频率。信息会以一种频率来移动。而采用这种技术就能是增加很多可以传输信息的频率，而且彼此相隔不会太远。” 该研究团队建立了一种产生电子—空穴再碰撞的机器，其在现实中恐怕还没有实际性的应用。然而，从理论上讲，一个晶体管可以用于自由电子激光产生强烈的太赫兹场，还可以调节临近的红外线光束。数据表明，该仪器调制的近红外激光是太赫兹频率的两倍，当增加光调制的速度，将会更快传输接收自电缆的信息。 研究人员介绍说，将电子—空穴再碰撞现象应用于现实世界中具有潜在显著提高光缆数据传输和通信速度的能力。最有可能的应用是多路复用技术即多渠道发送数据；另一个则可对光进行高速调制。（华凌）

http://i1.sinaimg.cn/IT/2011/0222/U5385P2DT20110222082412.jpg传统激光器利用增益媒介产生连续光束。http://i3.sinaimg.cn/IT/2011/0222/U5385P2DT20110222082423.jpg反激光器将被证实在电脑计算方面的应用会比在武器防御方面更有用。　　北京时间2月22日消息，美国物理学家研制成世界首个反激光器，它可完全抵消激光器发出的光束。这种装置由美国耶鲁大学科研组制成，它能完全吸收入射激光束。　　不过研究人员表示，该装置并不是用来防御高能激光武器的。他们认为，可以把这种反激光器应用到下一代超级电脑上，这种电脑利用光而非电子等成分制造。耶鲁大学的道格拉斯·斯通教授和他的同事最初是为了提出一项理论，用来解释哪种材料可以当作激光器的基本组成要素。　　斯通解释说，当前在激光器设计方面取得的新进展，导致大量与众不同的装置产生，它们无法通过传统激光器概念进行解释。他说：“因此我们正在设想一种新理论，以便预测什么材料能够制成激光器。”通过该理论还能预测到，他们制造的反激光器不像激光器那样可以增强光，它可能会吸收入射光束。现在他们已经成功制造了一个这种装置。　　他们的装置将两束特殊频率的激光束集中到一个经过特殊设计的、用硅制成的光共振腔里，硅晶片用来捕捉入射光，束缚住它们，直到它们的能量消耗完为止。他们在《科学》杂志上的论文里说，反激光器能吸收99.4%的一种特殊波长的入射光。斯通表示，改变入射光的波长，意味着可以利用光学开关有效打开和关闭反激光器。　　斯通表示，制造可以吸收不同波长的光的装置非常简单，但是像反激光器一样只吸收一种特殊波长的光的装置，可能对光学电脑有好处。反激光器的一大优势是它是用硅制造的，这种物质已经广泛应用于电脑中。据斯通说，该技术不会太多应用于激光护目镜上。他说：“它会以热的形式驱散光。因此，如果一些人利用高能激光烘烤你，反激光器是无法阻止的。”

半导体激光器又称激光二极管(LD)，是二十世纪八十年代半导体物理发展的最新成果之一。导体激光器的优点是体积小、重量轻、可靠性高、使用寿命长、功耗低，此外半导体激光器是采用低电压恒流供电方式，电源故障率低、使用安全，维修成本低等。因此应用领域日益扩大。目前，半导体激光器的使用数量居所有激光器之首，某些重要的应用领域过去常用的其他激光器，已逐渐为半导体激光器所取代。它的应用领域包括光存储、激光打印、激光照排、激光测距、条码扫描、工业探测、测试测量仪器、激光显示、医疗仪器、军事、安防、野外探测、建筑类扫平及标线类仪器、激光水平尺及各种标线定位等。以前半导体激光器的缺点是激光性能受温度影响大，光束的发散角较大(一般在几度到20度之间)，所以在方向性、单色性和相干性等方面较差.但随着科学技术的迅速发展，目前半导体激光器的的性能已经达到很高的水平，而且光束质量也有了很大的提高.以半导体激光器为核心的半导体光电子技术在21 世纪的信息社会中将取得更大的进展，发挥更大的作用。 在气体激光器中，最常见的是氦氖激光器。1960年在美国贝尔实验室里由伊朗物理学家贾万制成的。由于氦氖激光器发出的光束方向性和单色性好，光束发散角小，可以连续工作，所以这种激光器的应用领域也很广泛，是应用领域最多的激光器之一，主要用在全息照相的精密测量、准直定位上。He-Ne激光器的缺点是体积大，启动和运行电压高，电源复杂，维修成本高。