據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)3月28日?qǐng)?bào)道，美國(guó)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(zhǔn)半導(dǎo)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(jié)果刊登在最新一期《自然》雜志上。

      當(dāng)高頻率的激光束擊中半導(dǎo)體材料如砷化鎵納米結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)創(chuàng)建一對(duì)被稱為激子的電子—空(穴)復(fù)合體，即當(dāng)電子從外界獲得能量時(shí)，會(huì)跳到較高的能級(jí)，但并不穩(wěn)定，很快又會(huì)將獲得的能量釋放從而回到原來(lái)的能級(jí)；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)的位置則稱為空穴，自由電子可能會(huì)因?yàn)槟Σ粱蚺鲎驳纫蛩負(fù)p失能量，最后受到空穴的吸引而復(fù)合。

      論文合著者、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(duì)，很強(qiáng)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(duì)，并放射出新頻率光子。在相當(dāng)常規(guī)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?cè)趯?shí)驗(yàn)中看到所有這些不同的新頻率最多能達(dá)到11個(gè)，這個(gè)現(xiàn)象著實(shí)令人興奮。”

      舍溫說(shuō)，由于每個(gè)頻率的光對(duì)應(yīng)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(cè)出物質(zhì)的基本性質(zhì)，將其置于混合光束之前即可測(cè)量出不同光的顏色，由此發(fā)現(xiàn)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)：“這就像有線電視網(wǎng)絡(luò)，其電纜是一束光纖，而你沿著這條線發(fā)送約1.5微米波長(zhǎng)的光束，但在這束光里有如同細(xì)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(yuǎn)。”

      該研究團(tuán)隊(duì)建立了一種產(chǎn)生電子—空穴再碰撞的機(jī)器，其在現(xiàn)實(shí)中恐怕還沒(méi)有實(shí)際性的應(yīng)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(qiáng)烈的太赫茲場(chǎng)，還可以調(diào)節(jié)臨近的紅外線光束。數(shù)據(jù)表明，該儀器調(diào)制的近紅外激光是太赫茲頻率的兩倍，當(dāng)增加光調(diào)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(xiàn)象應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)世界中具有潛在顯著提高光纜數(shù)據(jù)傳輸和通信速度的能力。最有可能的應(yīng)用是多路復(fù)用技術(shù)即多渠道發(fā)送數(shù)據(jù)；另一個(gè)則可對(duì)光進(jìn)行高速調(diào)制。