加利福尼亞大學圣地亞哥分校的研究人員已經展示了世界上第一個以物理現象上非傳統的波被稱為連續束縛態(BIC)為基礎實現的激光器。該技術可以徹底改變表面激光器技術的發展,使它們以更緊湊更節能的方式實現通信和計算領域的應用。新的BIC激光器也可以進一步發展為工業和國防上所應用的高功率激光器。

　　“激光器目前在世界上無處不在,從日常簡單的激光指針到復雜的激光干涉儀用來探測引力波。我們目前的研究將影響激光在許多領域的應用,”Ashok Kodigala說,他是加州大學圣地亞哥分校電氣工程系的一名博士生,且是該研究的第一作者。

　　“因為他們非常規特性,BIC激光器能夠提供獨特的,現有的激光器技術還沒有實現的前所未有的性能,” Boubacar Kanté說,他是加州大學圣地亞哥分校雅可布學院的電氣工程教授。

　　例如,BIC激光器可以很容易地調整實現發出不同波長的光束,醫用激光器實現精確的靶向腫瘤細胞而不損傷正常組織中這一有用的功能。BIC激光器還可以制作實現可發射特殊設計的形狀的光束(如螺旋、甜甜圈或鐘形曲線)稱為矢量光束,可以使日益強大的計算機和光通信系統可以攜帶的信息比現有的高達10倍以上。

　　“在當今手機、計算機和天文學中,光源是光數據通信技術的關鍵部件。在這項工作中,我們提出了一種新的光源,比今天所使用的激光器的功耗和速度方面都更有效,”Babak Bahari說,他是Kanté實驗室電氣工程系的博士生,且是研究合作者。

　　連續的束縛態(BICS)現象,曾在1929年已經被預測存在。連續的束縛態的特性是在一個開放的系統中仍然是受限或綁定的。而傳統的波形在一個開放的系統中會逃離,但連續的束縛態卻在這種規范之外而不會逃跑,盡管逃離的路徑是開放的。

　　在以前的研究中,Kanté和他的研究團隊證明,在微波頻率,該機制可以有效地捕獲和儲存光,使光與物質的相互作用增強?，F在,他們利用連續的束縛態用于新型激光的演示。該小組的這項研究工作發表于1月12日的《自然》雜志上。

　　制作連續態激光器

　　在這項工作中的連續的束縛態激光器是由一個薄的銦、鎵、砷、磷半導體膜制成的。膜結構為懸浮在空中的圓柱的納米陣列。氣缸由支持橋梁網絡相互連接,提供了設備的機械穩定性。

　　利用高頻率的激光束驅動膜,研究人員誘導連續的束縛態系統發出自己的較低頻率的激光束(在電信頻率)。

　　“現在,這是一個概念的證明演示,我們確實可以實現激光與連續的束縛態的相互作用,“Kanté說。

　　他說:“值得注意的是,我們可以得到的表面的激光發生的陣列,其尺寸小到8×8粒子。”。相比較而言,被廣泛應用于數據通信、高精度傳感表面激光,稱為VCSEL(垂直腔面發射激光器),需要更大的尺寸(100倍),因此需要更多的能量來實現陣列激光。

　　“流行的VCSEL可能有一天會被我們稱之為連續束縛態表面發射激光器所替代,這將實現更小的設備且消耗更少的功率,” Kanté說。該研究團隊已為這種新型光源申請了專利。

　　陣列還可以擴大規模,創造工業和國防領域應用的高功率激光器,他指出。在高功率激光系統中的一個基本挑戰是加熱,以及我們連續的束縛態激光器激光技術的預測效率,一個嶄新的時代正成為可能,” Kanté說。

　　研究團隊的下一步研究計劃是制作電動力驅動的連續的束縛態激光器,而不是由另一個激光器作為動力。“一種由電泵浦的激光器在實驗室外很容易攜帶,并且可以通過傳統的電池供電,” Kanté說。