近期美國在光通訊方面研發屢獲突破，白激光研制成功和新型材料研制成功，有望帶來超快全光通訊，光通訊行業再迎革命性事件。
美研制成功白色激光
自上世紀60年代問世以來，激光已在多個領域“大顯身手”，但它一直有一個短板，就是只能發出單一波長的光。現在，美國科學家解決了這個問題，他們首次研制出了一款能發白光的激光器。研究人員表示，白光激光器比發光二極管（LED）更亮且能效更高，未來將在照明和無線通訊領域發揮重要作用。
據物理學家組織網7月30日報道，由美國亞利桑那州立大學電子、計算機和能源工程學院的寧存政（音譯）領導的團隊研制出一種新奇的納米薄片。這塊纖細半導體的大小僅為頭發絲的五分之一，厚度僅為頭發絲厚度的千分之一，其擁有三個平行的部分，每部分能發出紅、藍、綠三原色中的一種顏色的激光。整個設備能發射所有可見光的激光，從紅色到綠色再到藍色，或兩者之間的任何顏色，當三原色“相遇”時，就出現了白色的激光。
最新研究讓激光替代LED成為主流光源向前進了一步。激光更亮、能效更高且能提供更精確和生動鮮艷的顯示顏色，可用于計算機和電視屏幕上。研究人員也證實，他們的新型設備能發出比目前的顯示器工業標準多70％的顏色。
該研究的另一個重要應用或將是可見光通訊領域，未來室內照明系統或也可用于通訊。科學家們目前正在研發的技術名為“Li-Fi”（也就是可見光無線通信，利用快速的光脈沖無線傳輸信息）。而現在的“Wi-Fi”使用的是無線電波。Li-Fi的速度可以達到Wi-Fi的10多倍，而白色激光Wi-Fi可能是目前正在研發的基于LED的Li-Fi的10到100多倍。
盡管這個概念非常重要，但要想將這種發白光的激光器應用于現實生活中的照明或顯示屏系統內，還面臨很大的障礙。研究人員表示，接下來的關鍵是在電池的驅動下獲得同樣的白色激光。就目前的演示而言，研究人員必須使用一臺激光器來讓電子發光。最新實驗將為最終在電操作下獲得白色激光鋪平道路。
新型材料望帶來超快全光通訊
美國普渡大學研究人員開發出一種新的“等離子氧化材料”，有望帶來超快全光通訊技術，至少比傳統技術要快10倍。相關論文發表在近期美國光學協會的《光學》雜志上。
光通信是用激光脈沖沿光纖來傳輸信息，用于電話服務、互聯網和有線電視；而全光技術無論是數據流還是控制信號都是光脈沖，不用任何電信號來控制系統。研究人員證明了鋁摻雜氧化鋅（AZO）制造出的光學薄膜材料是可調制的。他們用鋁摻雜氧化鋅，在氧化鋅中浸滿了鋁原子以改變材料的光學性質，使它在特定波長下變得像一種金屬，而在其他波長下像高電阻介質。
AZO薄膜的折射率接近于零，它能利用電子云狀的表面等離激元來控制光。脈沖激光會改變AZO的折射率，從而調制反射光的量。這種材料能在近紅外光譜范圍工作，可用在光通訊中，并與互補金屬氧化物半導體（CMOS）兼容。
研究人員的設想是利用這種材料來創造一種“全光等離子調制器”，或叫光學晶體管。在電子設備中，硅基晶體管負責開關電源、放大信號。光學晶體管是用光而不是電來執行類似任務，會使系統運行大大加速。
用脈沖激光照射這種材料，材料中的電子會從一個能級（價帶）移動到更高能級（導帶），留下空穴，并最終與這些空穴再次結合。晶體管開關的速度受限于完成這一周期的時間。在他們的AZO薄膜中，這一周期約為350飛秒，比晶體硅要快約5000倍。把這種速度提升轉化到設備中，至少比傳統硅基電子設備要快10倍。
基于激光照明實現Li-Fi有望替代Wi-Fi
你還在為Wi-Fi信號區域分布不均并且信號弱感到惱火么?Li-Fi可能是答案。這項技術使用基于LED室內照明而不是無線電波數據傳輸。但Li-Fi的主要支持者的眼光已經超于LED，用基于激光照明實現Li-Fi，數據傳輸速率或增加10倍。
“問題是LED燈，雖然它們的能量效率是比白熾燈高，但仍然可以提高它們的光輸出效率。”德國物理學家、愛丁堡大學哈拉爾德·哈斯（HaraldHaas）教授說：“我們相信高效節能照明的下一波將基于激光二極管”。哈斯和他的團隊研究表明，用激光二極管替換現有的LED燈可以大大改善現在的情形。激光器的高能量與光效率，傳輸數據的速率可以比LED快10倍，愛丁堡大學的激光Li-Fi傳輸速度甚至可突破100G每秒。
由Li-Fi到拐彎變速：激光的那些速度之最
近日，愛丁堡大學研究表明，用激光二極管替換現有的LED燈可以大大提升Li-Fi數據傳輸速率。雖然基于LED的Li-Fi可達到10Gb/s的數據傳輸速率，可以改善Wi-fi7Gb/s的數據傳輸速率上限。激光傳輸數據的速率可以很容易超出100Gb/s。
隨著科技發展，激光技術已經在材料加工領域取得廣泛應用。另一方面，激光作為先進的光源技術在科研領域正“大展身手”，創造了一個又一個速度之最。
1、新型石墨烯光電探測器轉化速度接近極限
由西班牙光子科學研究所的研究員弗朗克·科朋斯教授、加泰羅尼亞高等研究院的尼爾克·范·赫斯特、美國麻省理工學院的帕博羅·加里洛-赫耶羅，以及加州大學河濱分校物理系教授劉津寧（音譯）領導的研究團隊研制出了這種基于石墨烯的光電探測器轉化儀，其能在不到50飛秒的時間內將光轉化為電，將光電轉化速度推到了極限。最新研究已發表在近期出版的《自然·納米技術》雜志上。
為了做到這一點，研究人員使用了超快的脈沖激光激發以及超高靈敏度的電子讀出方法。研究人員克拉斯-揚·泰爾說：“這一實驗的獨特之處在于，將從單分子超快光子學所獲得的超快脈沖成型技術與石墨烯電子技術完美結合在一起，再加上石墨烯的非線性光—熱電反應，使科學家們能在如此短的時間內將光轉化為電信號。”
研究人員稱，由于石墨烯內所有導帶載流子之間存在著超快且超高效的關聯，在石墨烯內快速制造出光電壓是可能的。這種相互關聯使他們可以采用一種不斷升高的電子溫度，快速制造出一種電子分布。如此一來，從光吸收的能量能被有效且快速地轉變成電子的熱量。隨后，在擁有兩種不同摻雜的兩個石墨烯區域的交界處，電子的熱量被轉變成電壓。實驗結果表明，這種光熱電效應幾乎同時出現，被吸收的光可以快速轉變成電信號。
研究人員表示，最新研究打開了一條通往超快光電轉化的新通路。科朋斯強調說：“石墨烯光電探測器擁有令人驚奇的性能，可以應用于很多領域。”
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