Лазерный мир

Это терагерцовый квантовый каскадный лазер на его установке с улучшенной высокоскоростной модуляцией. (Источник: У. Лидс)

Британские исследователи достигли лучшего контроля терагерцовых квантовых каскадных лазеров, что может привести к передаче данных со скоростью 100 гигабит в секунду — примерно в тысячу раз быстрее, чем быстрый Ethernet, работающий со скоростью 100 мегабит в секунду. Что отличает терагерцовые квантовые каскадные лазеры от других лазеров, так это то, что они излучают свет в терагерцовом диапазоне электромагнитного спектра. Они имеют приложения в области спектроскопии, где используются в химическом анализе.

Лазеры также могут в конечном итоге обеспечить сверхбыструю беспроводную связь с коротким интервалом, где большие наборы данных должны передаваться через больничные городки или между исследовательскими центрами в университетах или в спутниковой связи. Чтобы иметь возможность отправлять данные с такими увеличенными скоростями, лазеры должны модулироваться очень быстро: включаться и выключаться или пульсировать около 100 миллиардов раз в секунду.

Инженеры и ученые до сих пор не смогли разработать способ достижения этого.Но исследовательская группа из Университета Лидса и Университета Ноттингема считает, что они нашли способ обеспечить сверхбыструю модуляцию, комбинируя силу акустических и световых волн. Джон Каннингем, профессор наноэлектроники в Лидсе, сказал: «Это захватывающее исследование. В настоящее время система для модуляции квантового каскадного лазера имеет электрический привод, но эта система имеет ограничения. По иронии судьбы, та же электроника, которая обеспечивает модуляцию, обычно тормозит скорость модуляции. Механизм, который мы разрабатываем, основан на акустических волнах ».Квантовый каскадный лазер очень эффективен. Когда электрон проходит через оптический компонент лазера, он проходит через ряд квантовых ям, где уровень энергии электрона падает и излучается фотон или импульс световой энергии. Один электрон способен излучать несколько фотонов. Именно этот процесс контролируется во время модуляции.

Вместо использования внешней электроники команды исследователей из университетов Лидса и Ноттингема использовали акустические волны для вибрации квантовых ям внутри квантового каскадного лазера. Акустические волны генерировались при воздействии импульса другого лазера на алюминиевую пленку. Это заставило пленку расширяться и сжиматься, посылая механическую волну через квантовый каскадный лазер.

Тони Кент, профессор физики в Ноттингеме, сказал: «По сути, мы использовали акустическую волну для встряхивания сложных электронных состояний внутри квантового каскадного лазера. Затем мы могли видеть, что его терагерцовая мощность света изменялась акустической волной ». Каннингем добавил: «Мы не достигли ситуации, когда мы могли бы полностью остановить и запустить поток, но мы смогли контролировать светоотдачу на несколько процентов, что является отличным началом».

«Мы полагаем, что с дальнейшей доработкой мы сможем разработать новый механизм для полного контроля излучения фотонов от лазера и, возможно, даже интегрировать структуры, генерирующие звук, с терагерцовым лазером, так что внешний источник звука не требуется — сказал Каннингем. Кент добавил: «Этот результат открывает новую область для физики и инженерии, объединяющуюся в исследовании взаимодействия терагерцового звука и световых волн, которые могут иметь реальные технологические применения».

A. Dunn et al.: High-speed modulation of a terahertz quantum cascade laser by coherent acoustic phonon pulses, Nat. Commun. 11, 835 (2020); DOI: 10.1038/s41467-020-14662-w

Сайт: School of Electronic and Electrical Engineering, University of Leeds, Leeds, UK

Источник: http://www.photonicsviews.com/ultrafast-data-transfer-with-sound-and-light/