作者:美国加州大学伯克利分校华莱士·拉文 连续体表面发射激光器中的束缚态
学分:加州大学伯克利分校 它们的内部工作存在于物理领域,但激光使日常生活成为可能
当你的苹果和橘子在收银台被扫描的时候,用手机聊天或者用谷歌搜索COVID统计数据——每一步都有激光
激光发射特定波长的强光
在一个波长下,激光束在计算机芯片上蚀刻出定义其电路的图案
在电信波长,激光通过光纤发射大量数据,使我们进入信息时代
2017年,电气工程师布巴卡尔·坎特博士发明了一种新型激光器
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被《物理世界》评为年度突破性发明之一
在巴卡尔·费罗斯的支持下,坎特正准备制造一种新型激光器的原型,并展示其在从显微外科手术到卫星遥测等一系列应用中的潜力
电气工程和计算机科学副教授布巴卡尔描述了新激光技术的新能力
Q
激光有如此多的应用,从微观到宏观
它们在当今经济中扮演着多大的角色? A
激光是一个100亿到200亿美元的市场
我们现在在谈论变焦,因为激光脉冲以光速通过光纤来回传输
它们可以承载更多的数据,比任何其他通信方式都要快
在白内障手术中,激光束会灼伤一些组织
激光是推进无人机和自动汽车导航的关键
Q
你的发明会给激光器增加什么功能? A
它们比典型的激光器小几千倍——只有人类头发的宽度那么小,却能发射出巨大的能量
因此,它们更紧凑、更轻
如果东西更小,信息传播的距离更短,传播速度也更快
所以,激光需要更少的能量来工作
它们更节能
Q
还有哪些特性让这种新的激光技术更有用? A
通常,当事情变得更紧凑时,它们会失去一些功能
我们的激光正好相反
激光发射精确波长的光——把它们想象成不同的颜色——并且由于精确,波长可以被紧密地包装起来
大多数激光器只发射一种波长的光
但是我们的发明允许激光被“调谐”到不同的波长
众所周知,这增加了网络的灵活性和容量
波长可调性也可用于计量和传感
我们也可以控制激光束,我
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改变发光的角度
目前,当卫星或无人驾驶汽车或无人驾驶飞机需要将激光束导向不同的方向时,激光必须以机械方式转动
这自然会限制速度,并使系统体积庞大
我们正在开发的激光器可以在不旋转系统的情况下发光,角度调谐可以通过电子方式完成
所以,激光是轻的,超紧凑的,波长和方向可调的
它是节能的,并且比目前的机械控制激光器制造成本更低
Q
所以,让我们看看引擎盖下
新激光器多功能性的原因是什么? A
本质上,激光从盒子里发出光,类似于微波
半导体最初产生光
为了增加光的强度——产生激光束——光被限制很长时间,并在盒子里来回反射
盒子里必须装上灯,防止它漏光
我们发明了一种不同的方法来抑制光线,同时增加光线的强度
我们允许精确波长的光通过至少两个通道离开盒子
当逃逸波相互作用时,它们可以相互抵消
这叫做破坏性干扰
逃逸的光加起来等于零
那时一切都在运转,就好像盒子是封闭的,我们做了一个独特的空腔
这种波捕获机制的多功能性允许激光器重量轻、波长可调和可控
Q
你现在需要采取什么步骤从发明阶段进入商业工具? A
将发现推向制造阶段的技术成本非常高
巴卡尔研究员的资助将允许我们在伯克利的Marvell纳米制造实验室制造一个原型
它包括一个“洁净室”,像灰尘和气溶胶颗粒这样的污染物被过滤掉
巴卡尔的支持将支持最初代价高昂的进程
我希望从现在起的两到三年内,我们发明的价值将吸引商业关注
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