達到5G的幾十倍
太赫茲量子級聯激光器。一把鑷子顯示設備有多小。圖片：利茲大學
研究人員在太赫茲量子級聯激光器（terahertz quantum cascade lasers）的控制方面取得了突破，可以以每秒100G比特的速率傳輸數據，這比通常以每秒100兆比特速度運行的快速以太網快約一千倍。
太赫茲量子級聯激光器與其他激光器的區別在於，它們在電磁頻譜的太赫茲範圍內發射光。它們可用於光譜學領域，用於化學分析。
當大型數據在醫院、校園或大學的研究機構之間或在衛星通信中進行傳輸時，激光可以提供超快速、短跳的無線鏈接。
為了能夠以這樣超快的速度發送數據，需要非常快速地調製激光器：每秒產生約1000億次脈衝。
迄今為止，工程師和科學家還沒有找到實現這一目標的方法。
利茲大學和諾丁漢大學的一個研究小組認為，他們已經找到了一種結合聲波和光波能量的超快調製方式。他們今天在《自然通訊》上發表了他們的發現。
利茲大學納米電子學教授約翰·坎寧安（John Cunningham）說：“這是令人興奮的研究。目前，用於調製量子級聯激光器的系統是電驅動的，但是該系統有侷限性。
安妮拉·鄧恩（Aniela Dunn）博士將激光器及其支架放在她的手中。圖片：利茲大學
“矛盾的是，提供調製的電子設備通常會阻礙調製速度。我們正在開發的機制依賴於聲波。”
量子級聯激光器非常有效。當電子通過激光的光學組件時，它會通過一系列的“量子阱”，其中電子的能級下降，併發射出光子或光能脈衝。
量子阱（quantum well）是指與電子的德布羅意波長可比的微觀尺度上的勢阱。
一個電子能夠發射多個光子。在調製期間控制的是該過程。
利茲大學和諾丁漢大學的研究人員並未使用外部電子設備，而是使用聲波來振動量子級聯激光器內部的量子阱。
該聲波通過另一激光脈衝衝擊鋁薄膜產生。這導致薄膜膨脹和收縮，從而通過量子級聯激光器發出機械波。
諾丁漢大學物理學教授託尼·肯特（Tony Kent）說：“本質上，我們所做的是利用聲波來搖動量子級聯激光器內部的複雜電子狀態。然後我們可以看到其太赫茲光輸出被聲波改變了。”
坎寧安教授補充說：“我們沒有達到可以完全控制光子流的開始和結束，但是我們能夠將光輸出控制在幾個百分點，這是一個很好的開始。
“我們相信，通過進一步完善，我們將能夠開發出一種新的機制，以完全控制激光器的光子發射，甚至可以與太赫茲激光器集成產生聲音的結構，從而不需要外部聲源。”
肯特教授說：“這一結果為物理學和工程學開闢了一個新的領域，使他們可以探索太赫茲聲波和光波的相互作用，這可能具有實際的技術應用。”
參考文章：《 自然通訊》（2020）DOI：10.1038 /s41467-020-14662-w
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