NAU科学家对硅光子学的重大进展作出贡献

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北亚利桑那大学助理教授Ryan Behunin与耶鲁大学和得克萨斯大学奥斯汀分校的一组物理学家合作,发现了一种创新的方法来操控硅中的光。通过演示用硅芯片中的声波来放大光的新型激光器,该团队的研究代表了硅光子学领域的重大进展。Behunin贡献了理论和建模方面的项目,其结果发表在科学星期四。

用“波导”代替导线是技术的潜在游戏改变器

在硅中操纵光的能力有可能代表计算机芯片技术中的游戏改变者。

“我们已经投资了数万亿美元来理解硅,因为这是我们用来制造计算机芯片的材料,”Behunin说。我们可以在原子水平上控制硅,制造纯晶体硅的晶圆,甚至用所有原子都具有相同原子质量的原子制造硅晶体。通过这种精细的控制,科学家和工程师们在硅芯片上制造了设备,这些芯片利用电力来完成各种有用的任务。

然而,在这些设备中使用的电线由于电流产生的热量而相对低效率地发送和处理信息。

Behunin说:“在我们正在研究的领域中,硅光子学的梦想是用它的光学等效物代替光的波导来代替电线。”“这个想法是利用我们对硅的大量知识来创建芯片,利用光来高效和快速地处理信息。”

实现硅光子学的全部潜力几十年来对科学家提出了挑战。由于元素的内在特性,在硅中产生激光是极其困难的,这是硅光子学的关键成分。有了这些发现,这个团队在解决这个问题上迈出了很大的一步。

“我们展示了一种新型的激光,布里渊激光器,硅,”Behunin说。“这个项目极大地扩大了光在硅中的操作和控制方式。”

激光被命名为法国物理学家Leon Brillouin,对其光声散射的影响也被命名。通过设计一种新的专用波导,团队的Brillouin激光器使用声音来放大光。

布里渊激光器的应用及启示

激光的独特特性可以使应用范围从计时到编码和解码信息的新方案。布里渊激光器除了发出光外,还可以产生纯净的声波。发射的光可以被用来为“光子电路”供电,声波可以被利用来在一个小芯片上执行非常复杂的精密传感。

在硅中使用Brillouin激光器还有很多需要学习的地方。

Behunin说:“我们的工作只是表面上的。”“使用硅,我们可以创建一系列的激光设计,每一个都为特定的应用定制独特的属性。”

科学第一次出版“令人难以置信的满足”

Behunin是宣布团队结果的论文的第二作者。

“科学出版令人难以置信地令人满意,”他在著名杂志上发表了他的第一篇文章。Beunin学分的主要作者Nils Otterstrom,研究员研究员Eric Kittlaus和首席研究员Peter Rakich,耶鲁大学的所有的见解和努力,导致出版。

“Nils和埃里克都是非常聪明和勤奋的人。NILS设计、制造和表征激光器,埃里克开发了波导,“他说。“我主要参与了系统的理论和建模方面。彼得很聪明。和他一起工作是我的荣幸。这种激光是他的视觉,我们开始意识到。

Behunin于2017加入了物理和天文学系。他喜欢同时探索基本问题和应用的问题。他的研究探索波动引起的物理学和光力学的物理学,研究光、声和物质从量子摩擦到激光噪声的相互作用的基本问题。在光力学中,布里渊物理是他的主要焦点。

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