美國科學(xué)家們制造出迄今最小的室溫納米激光器以及一臺效率很高的無閾值激光器，其能讓所有光子都以激光形式進(jìn)行發(fā)射，不浪費任何光子。相關(guān)研究發(fā)表在2月9日出版的《自然》雜志上。
該研究的合作者之一、加州大學(xué)圣地亞哥分校電子和計算機工程系的教授耶沙亞胡•費曼解釋道，所有激光器都需要源于外部特定數(shù)量的抽運功率來發(fā)射相干光束或激光。產(chǎn)生激光還必須滿足閾值條件，也就是相干輸出要大于產(chǎn)生的自發(fā)輻射。
然而，激光器越小，達(dá)到發(fā)射激光的閾值所需的抽運功率越大。為了解決這一問題，科學(xué)家們?yōu)樾录す馄髟O(shè)計了一種新方法，使用共軸納米腔內(nèi)的量子電動力效應(yīng)來減輕閾值限制。該激光腔包含有一個金屬棒，其被一圈金屬鍍層所包裹，通過修改該激光腔的幾何形狀，科學(xué)家們制造出了這種無閾值激光器。
新設(shè)計也使他們制造出了迄今最小的室溫激光器。新的室溫納米尺度的共軸激光器比兩年前《自然•光子學(xué)》雜志介紹的最小激光器小一個數(shù)量級，整個設(shè)備的直徑僅為半微米。
科學(xué)家們表示，這兩臺激光器需要的操作功率都非常低，這是一個重要的突破，這些小尺寸且超低功率的納米激光器可成為未來微型計算機芯片上的光學(xué)電路的重要元件。費曼表示，這些高效的激光器可被用于增強未來光子通訊使用的計算芯片的能力，光子通訊領(lǐng)域需要使用激光器在芯片上遙遠(yuǎn)的點之間建立通訊鏈接。這種激光器需要的抽運功率更少，也意味著傳送信息需要的光子數(shù)量也更少。
參與該研究的雅可布工程學(xué)院的梅賽德•哈佳維克漢認(rèn)為，這種無閾值激光器還能被縮小，這使其能從更小的納米設(shè)備那兒捕獲激光，因此，它們能被用于制造和分析比目前激光器發(fā)出的光波波長更小的超材料。超材料的應(yīng)用范圍從能看見單個病毒或DNA分子的超級鏡頭到能讓物體周圍的光彎曲使它“隱身”的隱形設(shè)備。
費曼表示，這些激光器背后的原理仍需探究。且更大的挑戰(zhàn)在于，如何將復(fù)雜的光泵替換為電泵，以便將激光器完全集成到光電器件中，因為電泵的性能更好。
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