耶魯大學的科學家創造了一種新型的硅激光器，它使用聲波來放大光線。關于這一發現的研究發表在《科學》雜志的在線版上。

近年來，將光纖技術（例如光纖和自由空間激光器）轉化為微小光學或“光子”集成電路的興趣日益增加。對集成電路使用光而不是電能允許以常規電子裝置不可能的速度發送和處理信息。研究人員說，硅光子學 - 基于硅芯片的光學電路 - 由于它們與現有微電子學的兼容性，是此類技術的主要平臺之一。

耶魯大學應用物理學副教授Peter Rakich領導了這項研究，他說：“過去幾年我們看到了硅光子技術的迅速發展?！拔覀儾粌H開始看到這些技術進入商業產品，幫助我們的數據中心完美無瑕地運行，而且我們還發現了新的光子器件和技術，這些器件和技術可以改變從生物傳感到芯片上量子信息的所有事情。為領域?！?/p>

研究人員表示，這種快速增長迫切需要新型硅激光器為新電路供電 - 由于硅的間接帶隙，這一問題歷來難以實現。Rakich實驗室的研究生Nils Otterstrom說：“硅的固有特性雖然對于許多芯片級光學技術非常有用，但使用電流產生激光非常困難?！痹撗芯康牡谝蛔髡??！斑@是一個困擾科學家超過十年的問題，為了避免這個問題，我們需要找到其他方法來放大芯片上的光，在我們的例子中，我們使用光波和聲波的組合?！?/p>

激光設計的軍旗放大了跑道形狀內的光 - 以圓周運動捕捉它?！百惖涝O計是創新的關鍵部分，通過這種方式，我們可以最大限度地擴大光線并提供激光產生所需的反饋，”Otterstrom說。

為了放大聲音，硅激光器采用了Rakich實驗室開發的特殊結構。“它基本上是一個納米級波導，旨在嚴格限制光波和聲波，并最大化它們的相互作用，”Rakich說。

“這種波導的獨特之處在于，有兩種不同的光傳播通道，”該研究的合著者之一，以及Rakich實驗室的研究生Eric Kittlaus補充道?！斑@使我們能夠以一種能夠提供非常穩健和靈活的激光設計的方式來塑造光聲耦合。”

研究人員解釋說，如果沒有這種類型的結構，在硅中不可能用聲音放大光?！拔覀儾捎昧诉@些光學電路幾乎不存在的輕聲相互作用，并將它們轉化為硅中最強的放大機制，”Rakich說。“現在，我們可以將它用于10年前沒人想到的新型激光技術?！?/p>

Otterstrom表示，在開發新型激光器方面存在兩個主要挑戰：“首先，設計和制造放大率超過損耗的器件，然后找出該系統的反直覺動力學，”他說?！拔覀冇^察到的是，雖然該系統顯然是一種光學激光器，但它也會產生非常連貫的超音速波?！?/p>

研究小組表示，這些屬性可能會導致許多潛在的應用，從集成振蕩器到編碼和解碼信息的新方案。合作者，北亞利桑那大學助理教授，前Rakich實驗室成員Ryan Behunin說：“使用硅片，我們可以創建多種激光設計，每種設計都有獨特的動力學和潛在的應用?！斑@些新功能極大地擴展了我們控制和塑造硅光子電路中光線的能力。”