研究人员正在开发用于安全、医疗应用的微激光器

太赫兹辐射——微波和可见光之间的电磁辐射波段——在安全和医疗诊断方面有很好的应用前景，但这些设备将需要开发紧凑、低功率、高质量的太赫兹激光器。

麻省理工学院和桑迪亚国家实验室的研究人员已经开发出一种制造太赫兹激光器的方法，这种方法可以减少功率消耗和尺寸，同时使它们能够发出更紧密的光束，这是大多数实际应用的关键要求。

这项工作也代表了一种全新的激光设计方法，这也可能对可见光激光器产生影响。

研究人员的设备是在单个芯片上由37个微加工激光器组成的阵列。它的功率要求很低，因为所有激光发射的辐射都是“锁相”的，这意味着它的波谷和波峰是完全对齐的。该装置代表了一种全新的锁相激光阵列。

在他们的论文中，研究人员确定了四种以前的锁相技术，但在微观尺度上都有缺点。有些技术需要将光子元件靠得太近而难以制造。另一些则需要额外的片外光子元件，这些元件必须精确地定位于激光器。相比之下，这个阵列是单片的，这意味着它们完全由一块材料蚀刻而成。

“整个工作的灵感来自天线工程技术，”麻省理工学院电子工程和计算机科学杰出教授胡清(Qing Hu)说，他的团队领导了这项新工作。“我们正在研究激光，通常人们将其划分为光子学。微波工程确实是一个不同的群体，他们有非常不同的心态。我们确实受到了微波工程技术的启发，并以一种非常周到的方式实现了一些全新的概念。”

保持专注

研究人员的激光阵列基于与广播电视和收音机相同的原理。通过无线电天线的电流产生电磁场，电磁场在附近的天线中产生相应的电流。在胡和他的同事们的阵列中，每个激光产生一个电磁场，在周围的激光中诱导电流，从而使它们发射的辐射的相位同步。

这种方法利用了以前被认为是小型激光器的缺点。几十年来，芯片级激光器一直是一个活跃的研究领域，在计算机内部芯片对芯片通信以及环境和生化传感方面有潜在的应用。但随着激光尺寸的缩小，激光发出的辐射变得更加分散。“这一点也不像激光束指示器，”胡说。“它真的无处不在，就像一根微型天线。”

如果芯片级激光器打算在一个方向上发射辐射，那么它在横向方向上发射的任何辐射都会被浪费，并增加其功耗。但是胡和他的同事们的设计重现了侧向发射的辐射。

事实上，他们在阵列中添加的发射器越多，横向发射的辐射被捕获的就越多，从而降低了阵列产生激光的功率阈值。而且由于侧向发射的辐射可以传播很长的距离，所以随着阵列的扩大，也会产生类似的好处。

“我坚信所有的物理现象都有正反两面，”胡说。“你不能毫不含糊地说，这样或那样的行为普遍是好事或坏事。”

加强

在很大程度上，来自被重新捕获的侧向辐射的能量在垂直于阵列的方向上重新发射。因此，阵列发射的光束比其他实验性芯片级激光器发射的光束要紧密得多。而紧密的光束对于太赫兹辐射的大多数预期应用是必不可少的。

例如，在安全应用中，太赫兹辐射将指向化学样品，化学样品会比其他样品更多地吸收某些频率，从而产生特征吸收指纹。光束越密，到达样品和随后到达探测器的辐射就越多，从而产生更清晰的信号。

麻省理工学院(MIT)

www.mit.edu

- Chris Vavra编辑，制作编辑，控制工程， CFE传媒，
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