太赫兹量子级联激光器的突破可能导致数据速率达到1,000倍快速以太网

这是安装在其上的太赫兹量子级联激光器。一把镊子显示设备有多小。

研究人员在太赫兹量子级联激光器的控制方面取得了突破，可以以每秒100吉比特的速率传输数据，这比以每秒100兆位的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。

激光最终还可以提供超快速，短跳的无线链接，在这种情况下，大型数据集必须在医院校园之间，大学之间的研究机构之间或在卫星通信中进行传输。

为了能够以这些增加的速度发送数据，需要非常快速地调制激光器：打开和关闭或每秒产生约1000亿次脉冲。

利兹大学的研究员Aniela Dunn博士将激光束固定在其手掌上。

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通过结合声波和光波的能量来提供超快速调制的方法。他们今天（2020年2月11日）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-但该系统具有局限性。

具有讽刺意味的是，提供调制的相同电子设备通常会阻碍调制速度。我们正在开发的机制反而依赖于声波。”

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。

一个电子能够发射多个光子。在调制过程中控制的就是这个过程。

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。

声波是由另一个激光器的脉冲撞击到铝膜上而产生的。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。

诺丁汉大学的物理学教授托尼·肯特说：“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复杂的电子状态。然后我们可以看到它的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停止并开始流动的情况，但是我们能够将光输出控制百分之几，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全新的机制，以完全控制激光器的光子发射，甚至可以将产生声音的结构与太赫兹激光器集成在一起，从而不需要外部声源。”

肯特教授说：“这一结果为物理和工程领域的发展开辟了一个新的领域，可以探索太赫兹声波和光波之间的相互作用，这可能具有实际的技术应用。”

参考：“通过相干声子脉冲对太赫兹量子级联激光器进行的高速调制”，作者：Aniela Dunn，Caroline Poyser，Paul Dean，AleksandarDemić，Alexander Valavanis，Dragan Indjin，Mohammed Salih，Iman Kundu，Lianhe Li，Andrey Akimov，Alexander Giles戴维斯（Davies），埃德蒙·林菲尔德（Edmund Linfield），约翰·坎宁安（John Cunningham）和安东尼·肯特（Anthony Kent），2020年2月11日，自然通讯。DOI：
10.1038 / s41467-020-14662-w