科學(xué)家用兩束激光“撞”出多頻率光

　　美國加州大學(xué)圣巴巴拉分校的研究人員通過(guò)將高、低頻率的激光束瞄準半導體，引發(fā)電子從核心脫離并加速，再回來(lái)碰撞核心，由此產(chǎn)生多種頻率光。相關(guān)研究結果刊登在最新一期《自然》雜志上。

　　當高頻率的激光束擊中半導體材料如砷化鎵納米結構時(shí)，會(huì )創(chuàng )建一對被稱(chēng)為激子的電子—空(穴)復合體，即當電子從外界獲得能量時(shí)，會(huì )跳到較高的能級，但并不穩定，很快又會(huì )將獲得的能量釋放從而回到原來(lái)的能級;但如果電子獲得的能量夠高，就可擺脫原子核的束縛成為自由電子，電子空出來(lái)的位置則稱(chēng)為空穴，自由電子可能會(huì )因為摩擦或碰撞等因素損失能量，最后受到空穴的吸引而復合。

　　論文合著(zhù)者、該校物理系教授及太赫茲科學(xué)與技術(shù)研究所主任馬克·舍溫說(shuō)：“高頻激光產(chǎn)生電子—空穴對，很強的低頻自由電子激光束將電子從穴口分離并加速，這時(shí)由于電子加速有多余能量，它會(huì )猛烈碰撞空穴，重組電子—空穴對，并放射出新頻率光子。在相當常規的路徑下混合激光束碰撞后會(huì )得到一或兩個(gè)新的頻率，而我們在實(shí)驗中看到所有這些不同的新頻率最多能達到11個(gè)，這個(gè)現象著(zhù)實(shí)令人興奮�！�

　　舍溫說(shuō)，由于每個(gè)頻率的光對應不同的顏色，他們之所以能獲得這樣的突破是依靠了一種特別的工具——自由電子激光器，其最大特點(diǎn)是可以探測出物質(zhì)的基本性質(zhì)，將其置于混合光束之前即可測量出不同光的顏色，由此發(fā)現多種頻率的光。

　　論文第一作者、該校物理系博士生本·扎克斯解釋說(shuō)：“這就像有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò )，其電纜是一束光纖，而你沿著(zhù)這條線(xiàn)發(fā)送約1.5微米波長(cháng)的光束，但在這束光里有如同細梳齒的縫隙一樣分離出的許多頻率。信息會(huì )以一種頻率來(lái)移動(dòng)。而采用這種技術(shù)就能是增加很多可以傳輸信息的頻率，而且彼此相隔不會(huì )太遠�！�

　　該研究團隊建立了一種產(chǎn)生電子—空穴再碰撞的機器，其在現實(shí)中恐怕還沒(méi)有實(shí)際性的應用。然而，從理論上講，一個(gè)晶體管可以用于自由電子激光產(chǎn)生強烈的太赫茲場(chǎng)，還可以調節臨近的紅外線(xiàn)光束。數據表明，該儀器調制的近紅外激光是太赫茲頻率的兩倍，當增加光調制的速度，將會(huì )更快傳輸接收自電纜的信息。

　　研究人員介紹說(shuō)，將電子—空穴再碰撞現象應用于現實(shí)世界中具有潛在顯著(zhù)提高光纜數據傳輸和通信速度的能力。最有可能的應用是多路復用技術(shù)即多渠道發(fā)送數據;另一個(gè)則可對光進(jìn)行高速調制。