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使用超材料使形狀更輕巧
2021年05月11日    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com    |  投稿

將光從一種波長(或“顏色”)轉換為較短的波長(有效通信和高級制造所需的過程)通常效率不高。為了解決這種效率低下的問題,一個團隊構建了專門的分層結構,并在其中形成了微小的金屬腔體,從而將光轉換效率提高了幾個數量級??涨贿€可以改變輸出光束的其他特性(方向和偏振)中國建材網cnprofit.com。


研究中解釋的新概念可以為用于光學通信和高效制造的高級激光器打開大門。它還可以支持將用于高速計算,電信,照相機和量子計算的光學組件小型化的努力,這些光學組件將解決當前超級計算機目前難以解決的計算問題。


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這個新概念涉及稱為超材料的光學納米腔陣列,將其添加到薄層半導體(異質結構)中以實現光的有效介導。使用“量子阱”(一種設計的半導體異質結構,將帶有電荷的粒子(例如電子)限制為具有不同能態的二維運動)將一種顏色的激光轉換為另一種顏色。


但是由于這些電子躍遷的不利量子力學規則,有效地轉換激光一直是一個挑戰?,F在,由桑迪亞國家實驗室(Sandia National Laboratories)領導的研究人員開發了一種系統,該系統可以有效地將光耦合進出半導體量子阱。該系統在量子阱內部產生強光,可以設計成控制出射的激光束。的特點。在這種新結構中,科學家按照超材料的概念設計了納米腔,并在半導體結構之上制造了這些腔。


科學家將金的“ C”形納米腔設計為具有特殊的“共振”頻率,從而迫使激光服從電子躍遷所施加的規則。當使共振頻率等于子帶間躍遷能量時,可以實現光到量子阱的非常有效的耦合,并且在量子阱內部會產生兩倍于該頻率的光(一種稱為第二諧波產生的過程)。


由于這些腔體還被設計為在新頻率下具有共振,因此納米腔體可以有效地向外輻射光。納米腔的另一個有趣特征是它們在表面上的排列可以確定出射激光束的形狀和偏振。這提供了控制光束的新功能,創建新功能。納米腔的設計和“量子阱”的選擇允許所產生的光束具有任意形狀和能量-跨越大部分紅外光譜,可用于廣泛的應用。


這項工作得到了美國能源部(DOE)科學辦公室(基礎能源科學辦公室)和DOE科學用戶設施辦公室綜合納米技術中心的支持。


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