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利用光敏凝膠中的光-化學-機械轉換通過遠程交互作用激發可切換的自捕獲光束

發布:laserline    |    2020-03-05 22:18    閱讀:318
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幾十年來,科學家一直在嘗試建造使用光而不是電流來處理信息的計算機。其中最大的障礙之一是找到一種合適的非線性過程來實現等效于晶體管開關的光學開關功能(PNAS,doi:10.1073 / pnas.1902872117)。

與電子不同的是,光子之間不會自然地相互作用。為了解決這個問題,研究人員一直在研究用作激光束之間中介的材料,以試圖建立一臺全光計算機。在最新的研究工作中,美國馬薩諸塞州哈佛大學和加拿大安大略省麥克馬斯特大學的科學家向一種被稱為水凝膠的聚合物網絡中發射了激光束,這種聚合物網絡還包含光敏分子。這種創新思想的出發點是通過光學誘導化學反應,將水從材料中排出,從而導致聚合物網絡收縮并變得更致密。這將在光束的路徑中產生較高的折射率,而在光束的路徑外部產生較低的折射率,從而形成一個不斷聚集光束并提高其強度的波導——只需打開光束即可啟動正反饋環路。只有幾毫瓦功率的綠色激光束穿過4毫米厚的水凝膠樣品時會開始顯著擴散,其直徑從20微米增加到120微米。但是在50秒內,由于形成了波導,光束的峰值強度上升了20倍,并且光束在出口處的直徑下降到僅有40微米。再過200秒,它的強度又增加了兩倍,而寬度又回落到20微米,這意味著幾乎沒有發散。

這項研究還發現,兩個激光束在凝膠樣品的不同點處穿過凝膠,會彼此影響形成波導的能力。當光束之間的距離僅為25微米時,它們的峰值強度上升的幅度不超過5倍。但是還存在一種情況,也就是當它們彼此之間沒有直接接觸時,即使在相隔200微米的情況下,它們的最大可能強度也大致降低了一半。

研究人員在論文中指出,其50至100秒的開關速度與以納秒級運行的光電開關沒有任何可比性,但是與非線性光學中使用的一些常規材料相比,他們的技術仍然具有一些優勢,包括可重復性,所需的光束功率小以及能夠長距離相互作用。同時澳大利亞墨爾本大學的電氣工程師Rodney Tucker指出,這種技術需要提高12個數量級才能變得有競爭力。”

來源: OSA

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