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激光新型材料有望带来超快全光通讯技术

发布时间:2019-08-15 17:52:22

  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。

  光通信是用沿光纤来传输信息,用于服务、互联和有线电视;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。论文作者、博士生纳萨尼尔 金赛说,对数据传输来说,能调制反射光的量是必要条件, 我们能设计一种薄膜使反射光增加或减少,利用光反射的增减来编码数据,反射的变化会导致传输的变化。

  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 50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。

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