超快脈沖激光器提高數(shù)據(jù)傳輸和處理速度

據(jù)《物理學(xué)家組織網(wǎng)》近日?qǐng)?bào)道，韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院(KIST)研發(fā)出的超快脈沖激光器產(chǎn)生的頻率要比目前最先進(jìn)的脈沖激光器高出1萬(wàn)倍。這是通過將包含石墨烯的附加諧振器插入到工作在飛秒(10-15秒)范圍內(nèi)的光纖脈沖激光振蕩器中實(shí)現(xiàn)的，將該方法應(yīng)用于數(shù)據(jù)通信有望大大提高數(shù)據(jù)傳輸和處理速度。

脈沖激光在短時(shí)間內(nèi)重復(fù)發(fā)光，好像在閃爍一樣。其優(yōu)點(diǎn)是比連續(xù)波激光器聚焦更多的能量，后者的強(qiáng)度隨時(shí)間保持不變。如果將數(shù)字信號(hào)加載到脈沖激光器中，則每個(gè)脈沖可以編碼一位數(shù)據(jù)。重復(fù)率越高，可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量越多。然而，常規(guī)的基于光纖的脈沖激光器通常在將每秒脈沖數(shù)增加到高于兆赫茲水平時(shí)具有局限性。

KIST光電子材料與器件中心研究人員指出，隨時(shí)間變化的激光波長(zhǎng)和強(qiáng)度特性是相關(guān)的(傅里葉變換)。如果將諧振器插入激光振蕩器，則可周期性地過濾脈沖激光的波長(zhǎng)，從而修改激光強(qiáng)度變化的模式。在此研究的基礎(chǔ)上，研究人員合成了石墨烯，該石墨烯具有吸收和消除弱光的特性，并且僅通過使強(qiáng)光進(jìn)入諧振器即可放大強(qiáng)度。這使高速率精確控制激光強(qiáng)度變化得以實(shí)現(xiàn)，從而將脈沖的重復(fù)速率提高到更高的水平。

通常將石墨烯合成到催化金屬的表面，然后將產(chǎn)物與催化劑分離并轉(zhuǎn)移到所需基材的表面上。在該過程中，存在石墨烯被損壞或引入雜質(zhì)的問題。研究人員通過在易于獲取的銅線表面直接形成石墨烯，并進(jìn)一步用光纖覆蓋銅線作為諧振器，解決了制造過程中效率降低的問題。研究結(jié)果表明，新激光器可獲得57.8GHz的重復(fù)率，從而克服了脈沖激光器在重復(fù)率方面的限制。

研究人員表示，在當(dāng)前情況下，對(duì)數(shù)據(jù)流量的需求呈指數(shù)增長(zhǎng)，基于諧振器和石墨烯的超快脈沖激光器以超高速工作并具有允許的調(diào)諧特性，有望提供一種新的方法來適應(yīng)快速變化的數(shù)據(jù)處理要求。

總編輯圈點(diǎn)

石墨烯，僅由一層碳原子構(gòu)成，是當(dāng)今炙手可熱的二維材料。這種材料相當(dāng)“優(yōu)秀”：比表面積最大的材料，目前已知最堅(jiān)固的材料，延展性和柔韌性最強(qiáng)的晶體，導(dǎo)熱性打破已有紀(jì)錄……憑借渾身優(yōu)勢(shì)，石墨烯在電池、新型半導(dǎo)體、服裝、過濾材料等多種領(lǐng)域的應(yīng)用風(fēng)生水起。最新研發(fā)的超快脈沖激光器，頻率提升上萬(wàn)倍，具有卓越光電特性的石墨烯正是重要的幕后功臣。(記者馮衛(wèi)東)

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