一种新型的硅激光器利用声波来放大光

耶鲁大学的科学家创造了一种新型的硅激光器，它使用声波来放大光线。关于这一发现的研究发表在《科学》杂志的在线版上。

近年来，将光纤技术（例如光纤和自由空间激光器）转化为微小光学或“光子”集成电路的兴趣日益增加。对集成电路使用光而不是电能允许以常规电子装置不可能的速度发送和处理信息。研究人员说，硅光子学 - 基于硅芯片的光学电路 - 由于它们与现有微电子学的兼容性，是此类技术的主要平台之一。

耶鲁大学应用物理学副教授Peter Rakich领导了这项研究，他说：“过去几年我们看到了硅光子技术的迅速发展。“我们不仅开始看到这些技术进入商业产品，帮助我们的数据中心完美无瑕地运行，而且我们还发现了新的光子器件和技术，这些器件和技术可以改变从生物传感到芯片上量子信息的所有事情。为领域。“

研究人员表示，这种快速增长迫切需要新型硅激光器为新电路供电 - 由于硅的间接带隙，这一问题历来难以实现。Rakich实验室的研究生Nils Otterstrom说：“硅的固有特性虽然对于许多芯片级光学技术非常有用，但使用电流产生激光非常困难。”该研究的第一作者。“这是一个困扰科学家超过十年的问题，为了避免这个问题，我们需要找到其他方法来放大芯片上的光，在我们的例子中，我们使用光波和声波的组合。”

激光设计的军旗放大了跑道形状内的光 - 以圆周运动捕捉它。“赛道设计是创新的关键部分，通过这种方式，我们可以最大限度地扩大光线并提供激光产生所需的反馈，”Otterstrom说。

为了放大声音，硅激光器采用了Rakich实验室开发的特殊结构。“它基本上是一个纳米级波导，旨在严格限制光波和声波，并最大化它们的相互作用，”Rakich说。

“这种波导的独特之处在于，有两种不同的光传播通道，”该研究的合着者之一，以及Rakich实验室的研究生Eric Kittlaus补充道。“这使我们能够以一种能够提供非常稳健和灵活的激光设计的方式来塑造光声耦合。”

研究人员解释说，如果没有这种类型的结构，在硅中不可能用声音放大光。“我们采用了这些光学电路几乎不存在的轻声相互作用，并将它们转化为硅中最强的放大机制，”Rakich说。“现在，我们可以将它用于10年前没人想到的新型激光技术。”

Otterstrom表示，在开发新型激光器方面存在两个主要挑战：“首先，设计和制造放大率超过损耗的器件，然后找出该系统的反直觉动力学，”他说。“我们观察到的是，虽然该系统显然是一种光学激光器，但它也会产生非常连贯的超音速波。”

研究小组表示，这些属性可能会导致许多潜在的应用，从集成振荡器到编码和解码信息的新方案。合作者，北亚利桑那大学助理教授，前Rakich实验室成员Ryan Behunin说：“使用硅片，我们可以创建多种激光设计，每种设计都有独特的动力学和潜在的应用。“这些新功能极大地扩展了我们控制和塑造硅光子电路中光线的能力。”