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使用超材料使形状更轻巧
2021年05月11日    阅读量:58791    新闻来源:QQ行业资讯网 qqwei.com  |  投稿

将光从一种波长(或“颜色”)转换为较短的波长(有效通信和高级制造所需的过程)通常效率不高。为了解决这种效率低下的问题,一个团队构建了专门的分层结构,并在其中形成了微小的金属腔体,从而将光转换效率提高了几个数量级。空腔还可以改变输出光束的其他特性(方向和偏振)涂料在线coatingol.com


研究中解释的新概念可以为用于光学通信和高效制造的高级激光器打开大门。它还可以支持将用于高速计算,电信,照相机和量子计算的光学组件小型化的努力,这些光学组件将解决当前超级计算机目前难以解决的计算问题。


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这个新概念涉及称为超材料的光学纳米腔阵列,将其添加到薄层半导体(异质结构)中以实现光的有效介导。使用“量子阱”(一种设计的半导体异质结构,将带有电荷的粒子(例如电子)限制为具有不同能态的二维运动)将一种颜色的激光转换为另一种颜色。


但是由于这些电子跃迁的不利量子力学规则,有效地转换激光一直是一个挑战。现在,由桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratories)领导的研究人员开发了一种系统,该系统可以有效地将光耦合进出半导体量子阱。该系统在量子阱内部产生强光,可以设计成控制出射的激光束。的特点。在这种新结构中,科学家按照超材料的概念设计了纳米腔,并在半导体结构之上制造了这些腔。


科学家将金的“ C”形纳米腔设计为具有特殊的“共振”频率,从而迫使激光服从电子跃迁所施加的规则。当使共振频率等于子带间跃迁能量时,可以实现光到量子阱的非常有效的耦合,并且在量子阱内部会产生两倍于该频率的光(一种称为第二谐波产生的过程)。


由于这些腔体还被设计为在新频率下具有共振,因此纳米腔体可以有效地向外辐射光。纳米腔的另一个有趣特征是它们在表面上的排列可以确定出射激光束的形状和偏振。这提供了控制光束的新功能,创建新功能。纳米腔的设计和“量子阱”的选择允许所产生的光束具有任意形状和能量-跨越大部分红外光谱,可用于广泛的应用。


这项工作得到了美国能源部(DOE)科学办公室(基础能源科学办公室)和DOE科学用户设施办公室综合纳米技术中心的支持。


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