无损异向介质能提高效率的激光器和其他基于光的设备

加利福尼亚大学圣地亚哥分校的工程师已经开发了一种材料，可以减少光子器件的信号损失。进展有潜力提高各种基于光的技术包括光纤通信系统、 激光和光伏电池的效率。

扫描电镜图像的”无损”异向介质，同时表现出一种金属和半导体。图片来源︰ 超快和纳米光学集团加州大学圣地亚哥分校

这一发现解决了光子学领域的最大挑战之一︰ 减少损失的设备称为电浆子超材料中的光 （基于光） 信号。

电浆子超材料是材料工程在纳米尺度来控制光线的方式与众不同。他们可以用于开发外来设备从隐形斗篷到量子计算机。但与超常介质的一个问题是，他们通常含有金属的吸收光的能量并将其转换成热能。结果，光学信号的一部分被浪费，降低效率。

在最近的研究发表在自然通讯，光子学领导的研究小组通过电气工程教授在加州大学圣地亚哥雅各布斯学校工程沙雅 Fainman 展示了一种途径来弥补这些损失由纳入超材料发光的东西 — — 一种半导体。

“我们正在抵消损失提出与增益金属从半导体。这种组合理论上可能导致信号零净吸收 — — 一个无损异向介质，”说约瑟夫 · 斯莫利，电气工程博士后学者 Fainman 的组和研究第一作者。

他们在实验中，研究人员一闪一闪到超材料的红外激光的光线。他们发现，根据哪条路的光偏振光 — — 哪架飞机或设定的方向 （向上和向下，边到边） 所有光波的振动 — — 超材料反映出或发出的光。

“这是同时表现出一种金属和半导体的第一手资料。斯莫利说，是否光偏振光的一种方法，超材料反映了轻得像一种金属，并当光偏振光的其他方式，异向介质的吸收和发射光的像半导体不同的 ‘颜色’，”。

研究人员创造了新的第一次生长晶体的半导体材料，在衬底上称为砷化镓、 磷化铟异向介质。他们然后用高能离子从血浆来蚀刻狭窄坑道成半导体，创建 40 纳米全行的半导体间隔 40 纳米分开。最后，他们满银打造的交替的半导体和银纳米级条纹图案的战壕。

斯莫利说，”这是种独特的方式来制造这种超材料，”。不同层的纳米结构往往由沉积每层分别在另一个，”就像一叠文件放在桌子上”，斯莫利解释。但本研究 （磷化铟镓砷化物） 的半导体材料，只是不能上面任何衬底 （银） 生长，否则它会有缺陷。”而不是创建堆栈的交替层，我们想出办法来安排材料肩并肩，像一个文件柜中的文件夹保持半导体材料无缺陷。”

作为下一步，团队计划调查多少此异向介质和其他的版本，它可以提高光子的应用程序目前罹患信号损失。

这项工作是由办公室的海军研究多学科研究计划、 国家自然科学基金、 国防高级研究计划局和 Cymer 公司支持的。