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美国光通讯研发屡获突破 行业迎革命性事件
发布时间:2015-09-09 丨 阅读次数:556

近期美国在光通讯方面研发屡获突破,白激光研制成功和新型材料研制成功,有望带来超快全光通讯,光通讯行业再迎革命性事件。


   自上世纪60年代问世以来,激光已在多个领域“大显身手”,但它一直有一个短板,就是只能发出单一波长的光。现在,美国科学家解决了这个问题,他们首次研制出了一款能发白光的激光器。研究人员表示,白光激光器比发光二极管(LED)更亮且能效更高,未来将在照明和无线通讯领域发挥重要作用。

  据物理学家组织网7月30日报道,由美国亚利桑那州立大学电子、计算机和能源工程学院的宁存政(音译)领导的团队研制出一种新奇的纳米薄片。这块纤细半导体的大小仅为头发丝的五分之一,厚度仅为头发丝厚度的千分之一,其拥有三个平行的部分,每部分能发出红、蓝、绿三原色中的一种颜色的激光。整个设备能发射所有可见光的激光,从红色到绿色再到蓝色,或两者之间的任何颜色,当三原色“相遇”时,就出现了白色的激光。

  最新研究让激光替代LED成为主流光源向前进了一步。激光更亮、能效更高且能提供更精确和生动鲜艳的显示颜色,可用于计算机和电视屏幕上。研究人员也证实,他们的新型设备能发出比目前的显示器工业标准多70%的颜色。

  该研究的另一个重要应用或将是可见光通讯领域,未来室内照明系统或也可用于通讯。科学家们目前正在研发的技术名为“Li-Fi”(也就是可见光无线通信,利用快速的光脉冲无线传输信息)。而现在的“Wi-Fi”使用的是无线电波。Li-Fi的速度可以达到Wi-Fi的10多倍,而白色激光Wi-Fi可能是目前正在研发的基于LED的Li-Fi的10到100多倍。

  尽管这个概念非常重要,但要想将这种发白光的激光器应用于现实生活中的照明或显示屏系统内,还面临很大的障碍。研究人员表示,接下来的关键是在电池的驱动下获得同样的白色激光。就目前的演示而言,研究人员必须使用一台激光器来让电子发光。最新实验将为最终在电操作下获得白色激光铺平道路。

  新型材料望带来超快全光通讯 美国普渡大学研究人员开发出一种新的“等离子氧化材料”,有望带来超快全光通讯技术,至少比传统技术要快10倍。相关论文发表在近期美国光学协会的《光学》杂志上。

  光通信是用激光脉冲沿光纤来传输信息,用于电话服务、互联网和有线电视;而全光技术无论是数据流还是控制信号都是光脉冲,不用任何电信号来控制系统。研究人员证明了铝掺杂氧化锌(AZO)制造出的光学薄膜材料是可调制的。他们用铝掺杂氧化锌,在氧化锌中浸满了铝原子以改变材料的光学性质,使它在特定波长下变得像一种金属,而在其他波长下像高电阻介质。

  AZO薄膜的折射率接近于零,它能利用电子云状的表面等离激元来控制光。脉冲激光会改变AZO的折射率,从而调制反射光的量。这种材料能在近红外光谱范围工作,可用在光通讯中,并与互补金属氧化物半导体(CMOS)兼容。

  研究人员的设想是利用这种材料来创造一种“全光等离子调制器”,或叫光学晶体管。在电子设备中,硅基晶体管负责开关电源、放大信号。光学晶体管是用光而不是电来执行类似任务,会使系统运行大大加速。

  用脉冲激光照射这种材料,材料中的电子会从一个能级(价带)移动到更高能级(导带),留下空穴,并最终与这些空穴再次结合。晶体管开关的速度受限于完成这一周期的时间。在他们的AZO薄膜中,这一周期约为350飞秒,比晶体硅要快约5000倍。把这种速度提升转化到设备中,至少比传统硅基电子设备要快10倍。

  近日,爱丁堡大学研究表明,用激光二极管替换现有的LED灯可以大大提升Li-Fi数据传输速率。虽然基于LED的Li-Fi可达到10 Gb/s 的数据传输速率,可以改善Wi-fi7 Gb/s的数据传输速率上限。激光传输数据的速率可以很容易超出100 Gb/s。

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