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加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員已經(jīng)展示了世界上第一個(gè)以物理現(xiàn)象上非傳統(tǒng)的波被稱為連續(xù)束縛態(tài)（BIC）為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)的激光器。該技術(shù)可以徹底改變表面激光器技術(shù)的發(fā)展，使它們以更緊湊更節(jié)能的方式實(shí)現(xiàn)通信和計(jì)算領(lǐng)域的應(yīng)用。新的BIC激光器也可以進(jìn)一步發(fā)展為工業(yè)和國(guó)防上所應(yīng)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(jiǎn)單的激光指針到復(fù)雜的激光干涉儀用來探測(cè)引力波。我們目前的研究將影響激光在許多領(lǐng)域的應(yīng)用，”Ashok Kodigala說，他是加州大學(xué)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?yàn)樗麄兎浅Ｒ?guī)特性，BIC激光器能夠提供獨(dú)特的，現(xiàn)有的激光器技術(shù)還沒有實(shí)現(xiàn)的前所未有的性能，” Boubacar Kanté說，他是加州大學(xué)圣地亞哥分校雅可布學(xué)院的電氣工程教授。

例如，BIC激光器可以很容易地調(diào)整實(shí)現(xiàn)發(fā)出不同波長(zhǎng)的光束，醫(yī)用激光器實(shí)現(xiàn)精確的靶向腫瘤細(xì)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(shí)現(xiàn)可發(fā)射特殊設(shè)計(jì)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(qiáng)大的計(jì)算機(jī)和光通信系統(tǒng)可以攜帶的信息比現(xiàn)有的高達(dá)10倍以上。

“在當(dāng)今手機(jī)、計(jì)算機(jī)和天文學(xué)中，光源是光數(shù)據(jù)通信技術(shù)的關(guān)鍵部件。在這項(xiàng)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(shí)驗(yàn)室電氣工程系的博士生，且是研究合作者。

連續(xù)的束縛態(tài)（BICS）現(xiàn)象，曾在1929年已經(jīng)被預(yù)測(cè)存在。連續(xù)的束縛態(tài)的特性是在一個(gè)開放的系統(tǒng)中仍然是受限或綁定的。而傳統(tǒng)的波形在一個(gè)開放的系統(tǒng)中會(huì)逃離，但連續(xù)的束縛態(tài)卻在這種規(guī)范之外而不會(huì)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(tuán)隊(duì)證明，在微波頻率，該機(jī)制可以有效地捕獲和儲(chǔ)存光，使光與物質(zhì)的相互作用增強(qiáng)?，F(xiàn)在，他們利用連續(xù)的束縛態(tài)用于新型激光的演示。該小組的這項(xiàng)研究工作發(fā)表于1月12日的《自然》雜志上。

制作連續(xù)態(tài)激光器

在這項(xiàng)工作中的連續(xù)的束縛態(tài)激光器是由一個(gè)薄的銦、鎵、砷、磷半導(dǎo)體膜制成的。膜結(jié)構(gòu)為懸浮在空中的圓柱的納米陣列。氣缸由支持橋梁網(wǎng)絡(luò)相互連接，提供了設(shè)備的機(jī)械穩(wěn)定性。

利用高頻率的激光束驅(qū)動(dòng)膜，研究人員誘導(dǎo)連續(xù)的束縛態(tài)系統(tǒng)發(fā)出自己的較低頻率的激光束（在電信頻率）。

“現(xiàn)在，這是一個(gè)概念的證明演示，我們確實(shí)可以實(shí)現(xiàn)激光與連續(xù)的束縛態(tài)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(fā)生的陣列，其尺寸小到8×8粒子。”。相比較而言，被廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)通信、高精度傳感表面激光，稱為VCSEL（垂直腔面發(fā)射激光器），需要更大的尺寸（100倍），因此需要更多的能量來實(shí)現(xiàn)陣列激光。

“流行的VCSEL可能有一天會(huì)被我們稱之為連續(xù)束縛態(tài)表面發(fā)射激光器所替代，這將實(shí)現(xiàn)更小的設(shè)備且消耗更少的功率，” Kanté說。該研究團(tuán)隊(duì)已為這種新型光源申請(qǐng)了專利。

陣列還可以擴(kuò)大規(guī)模，創(chuàng)造工業(yè)和國(guó)防領(lǐng)域應(yīng)用的高功率激光器，他指出。在高功率激光系統(tǒng)中的一個(gè)基本挑戰(zhàn)是加熱，以及我們連續(xù)的束縛態(tài)激光器激光技術(shù)的預(yù)測(cè)效率，一個(gè)嶄新的時(shí)代正成為可能，” Kanté說。

研究團(tuán)隊(duì)的下一步研究計(jì)劃是制作電動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的連續(xù)的束縛態(tài)激光器，而不是由另一個(gè)激光器作為動(dòng)力。“一種由電泵浦的激光器在實(shí)驗(yàn)室外很容易攜帶，并且可以通過傳統(tǒng)的電池供電，” Kanté說。

英語原文鏈接：https://phys.org/news/2017-01-laser-based-unusual-physics-phenomenon.html

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