达到5G的几十倍
太赫兹量子级联激光器。一把镊子显示设备有多小。图片：利兹大学
研究人员在太赫兹量子级联激光器（terahertz quantum cascade lasers）的控制方面取得了突破，可以以每秒100G比特的速率传输数据，这比通常以每秒100兆比特速度运行的快速以太网快约一千倍。
太赫兹量子级联激光器与其他激光器的区别在于，它们在电磁频谱的太赫兹范围内发射光。它们可用于光谱学领域，用于化学分析。
当大型数据在医院、校园或大学的研究机构之间或在卫星通信中进行传输时，激光可以提供超快速、短跳的无线链接。
为了能够以这样超快的速度发送数据，需要非常快速地调制激光器：每秒产生约1000亿次脉冲。
迄今为止，工程师和科学家还没有找到实现这一目标的方法。
利兹大学和诺丁汉大学的一个研究小组认为，他们已经找到了一种结合声波和光波能量的超快调制方式。他们今天在《自然通讯》上发表了他们的发现。
利兹大学纳米电子学教授约翰·坎宁安（John Cunningham）说：“这是令人兴奋的研究。目前，用于调制量子级联激光器的系统是电驱动的，但是该系统有局限性。
安妮拉·邓恩（Aniela Dunn）博士将激光器及其支架放在她的手中。图片：利兹大学
“矛盾的是，提供调制的电子设备通常会阻碍调制速度。我们正在开发的机制依赖于声波。”
量子级联激光器非常有效。当电子通过激光的光学组件时，它会通过一系列的“量子阱”，其中电子的能级下降，并发射出光子或光能脉冲。
量子阱（quantum well）是指与电子的德布罗意波长可比的微观尺度上的势阱。
一个电子能够发射多个光子。在调制期间控制的是该过程。
利兹大学和诺丁汉大学的研究人员并未使用外部电子设备，而是使用声波来振动量子级联激光器内部的量子阱。
该声波通过另一激光脉冲冲击铝薄膜产生。这导致薄膜膨胀和收缩，从而通过量子级联激光器发出机械波。
诺丁汉大学物理学教授托尼·肯特（Tony Kent）说：“本质上，我们所做的是利用声波来摇动量子级联激光器内部的复杂电子状态。然后我们可以看到其太赫兹光输出被声波改变了。”
坎宁安教授补充说：“我们没有达到可以完全控制光子流的开始和结束，但是我们能够将光输出控制在几个百分点，这是一个很好的开始。
“我们相信，通过进一步完善，我们将能够开发出一种新的机制，以完全控制激光器的光子发射，甚至可以与太赫兹激光器集成产生声音的结构，从而不需要外部声源。”
肯特教授说：“这一结果为物理学和工程学开辟了一个新的领域，使他们可以探索太赫兹声波和光波的相互作用，这可能具有实际的技术应用。”
参考文章：《 自然通讯》（2020）DOI：10.1038 /s41467-020-14662-w
閱讀更多 孜然實驗室 的文章
