科學家用兩束激光“撞”出多頻率光

科學家用兩束激光“撞”出多頻率光

據物理學家組織網報道，美國加州大學圣巴巴拉分校的研究人員通過將高、低頻率的激光束瞄準半導體，引發電子從核心脫離并加速，再回來碰撞核心，由此產生多種頻率光。相關研究結果刊登在《自然》雜志上。

當高頻率的激光束擊中半導體材料如砷化鎵納米結構時，會創建一對被稱為激子的電子—空(穴)復合體，即當電子從外界獲得能量時，會跳到較高的能級，但并不穩定，很快又會將獲得的能量釋放，從而回到原來的能級;但如果電子獲得的能量夠高，就可擺脫原子核的束縛成為自由電子，電子空出來的位置則稱為空穴，自由電子可能會因為摩擦或碰撞等因素損失能量，最后受到空穴的吸引而復合。

論文合著者、該校物理系教授及太赫茲科學與技術研究所主任馬克·舍溫說:“高頻激光產生電子—空穴對，很強的低頻自由電子激光束將電子分離并加速，這時由于電子加速有多余能量，它會猛烈碰撞空穴，重組電子—空穴對，并放射出新頻率光子。在相當常規的路徑下混合激光束碰撞后會得到一或兩個新的頻率，而我們在實驗中看到所有這些不同的新頻率最多能達到11個，這個現象著實令人興奮。”

舍溫說，由于每個頻率的光對應不同的顏色，他們之所以能獲得這樣的突破是依靠了一種特別的工具—自由電子激光器，其最大特點是可以探測出物質的基本性質，將其置于混合光束之前即可測量出不同光的顏色，由此發現多種頻率的光。

論文第一作者、該校物理系博士生本·扎克斯解釋說:“這就像有線電視網絡，其電纜是一束光纖，而你沿著這條線發送約1.5 μm波長的光束，但在這束光里有如同細梳齒的縫隙一樣分離出的許多頻率，信息會以一種頻率來移動。而采用這種技術就能增加很多可以傳輸信息的頻率，而且彼此相隔不會太遠?！?/p>

該研究團隊建立了一種產生電子—空穴再碰撞的機器，其在現實中恐怕還沒有實際性的應用。然而，從理論上講，一個晶體管可以用于自由電子激光產生強烈的太赫茲場，還可以調節臨近的紅外線光束。數據表明，該儀器調制的近紅外激光是太赫茲頻率的2倍，當增加光調制的速度，將會更快傳輸接收自電纜的信息。

研究人員介紹說，將電子—空穴再碰撞現象應用于現實世界中有望顯著提高光纜數據傳輸和通信速度的能力，而最有可能的應用是多路復用技術即多渠道發送數據;另一項應用是對光進行高速調制。