▲來(lái)源：ORNL

與多個(gè)卓越中心精誠(chéng)合作，在第三方基金的支持下，來(lái)自DTU的科學(xué)家正在利用Fano干涉探索新型光子器件的物理原理和諸多應(yīng)用。這種物理效應(yīng)可用于實(shí)現(xiàn)超快和低噪聲納米激光器(稱為Fano激光器)、光學(xué)晶體管和單光子量子器件。

現(xiàn)在，DTU的科學(xué)家已經(jīng)表明，與現(xiàn)有的微型激光相比，F(xiàn)ano激光的相干性可以得到顯著提高。其研究結(jié)果發(fā)表在《Nature Photonics》上?！凹す獾南喔尚允呛饬考す猱a(chǎn)生的光顏色純度的重要尺度。更高的相干性對(duì)于片上通信、可編程光子集成電路、傳感、量子技術(shù)和神經(jīng)形態(tài)計(jì)算等應(yīng)用都是必不可少的。例如，相干光通信系統(tǒng)利用光脈沖的相位來(lái)傳輸和檢測(cè)信息，從而產(chǎn)生了巨大的信息容量。

DTU Fotonik教授、NATEC和NanoPhoton中心負(fù)責(zé)人Jesper mork進(jìn)一步解釋說(shuō)：“尺寸為幾微米(一微米相當(dāng)于千分之一毫米)的Fano激光在一種被稱為連續(xù)體中的束縛態(tài)( bound-state-in the-continuum，BICs )這一特殊光學(xué)狀態(tài)下工作，這種狀態(tài)是由Fano共振引起的。這種狀態(tài)的存在最初是由量子力學(xué)的一些早期先驅(qū)發(fā)現(xiàn)的，但多年來(lái)一直未經(jīng)過(guò)詳實(shí)的實(shí)驗(yàn)研究?！?/h3>

主要作者和高級(jí)研究員Yi Yu補(bǔ)充道：“在這篇論文中，我們展示了這種連續(xù)介質(zhì)中束縛態(tài)的特性完全可以用來(lái)提高激光的相干性。這個(gè)觀察結(jié)果可以稱得上出乎意料，因?yàn)檫B續(xù)體中的束縛態(tài)遠(yuǎn)不如激光中常用態(tài)穩(wěn)定。我們?cè)谡撐闹袕膶?shí)驗(yàn)和理論上表明這種新?tīng)顟B(tài)的特性可以加以利用。我們通過(guò)和Kresten Yvind教授的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行合作，共同開(kāi)發(fā)了一個(gè)先進(jìn)的納米技術(shù)平臺(tái)——掩埋異質(zhì)結(jié)構(gòu)技術(shù)（Buried Heterostructure Technology）。這種技術(shù)允許精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)在活性物質(zhì)的特定微型、納米大小的區(qū)域里產(chǎn)生光。正是Fano共振的物理學(xué)與這種技術(shù)相結(jié)合，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)量子噪聲的抑制，從而實(shí)現(xiàn)了微型激光的最高相干性?！?/h3>

▲所制造的Fano BIC激光激射圖案的紅外圖像，其中激射波長(zhǎng)與Fano反射鏡的峰值一致(a)或與之失諧(b)。插圖是剖面俯視圖。左邊的白色虛線方塊表示納米腔的位置，右邊的白色虛線方塊表示光柵耦合器(GC)，白色虛線長(zhǎng)矩形表示半開(kāi)放波導(dǎo)。c，d，相應(yīng)的計(jì)算出Fano BIC模式的電場(chǎng)分布圖，兩圖分別是開(kāi)諧振(c)和關(guān)諧振(d)的激光波長(zhǎng)。

這一新發(fā)現(xiàn)可能會(huì)帶來(lái)Fano激光在集成電子光子電路中的廣泛應(yīng)用，特別是在新一代高速計(jì)算機(jī)中。在今天的計(jì)算機(jī)中，電信號(hào)被用于邏輯運(yùn)算以及在計(jì)算機(jī)的不同部分之間傳輸數(shù)據(jù)。然而，由于電能損耗，在傳輸中浪費(fèi)了大量的能量。Fano激光的主要作用是將電子數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，然后在計(jì)算機(jī)內(nèi)傳輸，在此過(guò)程中幾乎沒(méi)有能量損失——就像今天在互聯(lián)網(wǎng)上通過(guò)光纖傳輸一樣。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，可以最小的能耗獲得更快的計(jì)算機(jī)芯片。