世界上首个既能做光放大器又能做光衰减器的新型器件问世

正文

请到「今天看啥」查看全文

科学家利用纳米制造技术，用光放大材料和光吸收材料制成了824个配对结构，总共只有200微米长，1.5微米宽(人头发的宽度也有100微米)。

每个配对结构中，光放大部分采用被广泛应用于制造光通信放大器的铟-镓-砷-磷材料，而光吸收部分采用铬和锗材料制成。这些配对结构被精细排列成一个共振结构，光在该结构中传播和反射，并受到放大和衰减。

激光器-逆激光器的扫描电子显微镜照片。放大部分用铟-镓-砷-磷（InGaAsP）材料制成，光吸收部分采用铬(Cr)和锗(Ge)材料制成。设计保证了激光器-逆激光器要求的时空对称性。

光被射入激光器-逆激光器后，一个比较直观的推论是：光将受到等量的放大和衰减，因此经过激光器-逆激光器后，光的强度不变。但是，激光器-逆激光器的时空对称性决定了该器件的特性不符合常理推论。

平衡和对称

时空对称性是源于量子力学的概念。通过空间翻转操作可以进行空间位置翻转，就像左手的空间形态通过空间翻转操作，就可以得到跟右手的外形一样的空间形状。

时间翻转操作类似于从末尾开始回放视频。在光学器件中，时间翻转操作由光衰减部分来实现。

如果一个系统在经过空间翻转和时间翻转操作后，获得的新系统和原系统一样，那么这个系统就具有时空对称性。

逆激光器发明不久后，科学家从理论上预言，一种具有时空对称性的光学系统既可以放大光，也可以衰减光。研究团队通过设计光放大和衰减的幅度、器件的大小和激光波长，制成了具有时空对称性的器件。

当该器件处于平衡态时，光受到等量的放大和衰减，因此输出光和输入光的幅度相同。但若平衡态被打破，则输出的光将被放大或衰减。

实验中，两束光从器件的两端进入器件。通过调整其中一束光的相位，科学家可以控制光的干涉条纹落在器件的哪些部位。具体地，当输入光束1的相位领先于输入光束2时，干涉条纹落在放大区域，输出光束强度高于输入光束，此时器件工作在激光器模式；当输入光束1的相位落后于输入光束2时，干涉条纹落在衰减区域，输出光束强度低于输入光束，此时器件工作在逆激光器模式。

如果两束输入光的相位相同，且同时进入器件，那么输出光的强度将和输入光一样。

该器件工作波长为1556纳米，这也是激光通信中使用的波长。

研究团队前博士后，现布法罗大学电子工程助理教授冯亮（音译，Liang Feng）表示，一种器件既能作光放大器，又能做光衰减器，这在历史上尚属首次。更重要的是，该研究成果将对新型光通信器件的研发起到重要的推动作用。

请到「今天看啥」查看全文