激光对什么材(Nature子刊：类似蜘蛛网的激光器可以发出受控颜色的光)

Posted 2023-06-01

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长三角G60激光联盟导读

据悉，研究人员已经创建了一个基于网络的激光系统，就像蜘蛛网一样，可以精确控制，产生不同的光颜色。

网络激光器对泵浦轮廓的光谱灵敏度。具有互连染料掺杂聚合物纳米纤维的光子网络的荧光图像。来源：网络激光器对泵浦轮廓的光谱灵敏度。具有互连染料掺杂聚合物纳米纤维的光子网络的荧光图像。

该系统由帝国理工学院（Imperial College London）的研究人员与意大利和瑞士的合作伙伴领导的团队发明，可用于新的传感和计算应用。该团队已经与欧洲各地的研究和工业合作伙伴合作，探索机器学习的应用。

在传统的激光器中，光在两个反射镜之间反弹，反射镜的材料将光放大，直到达到一定的阈值。激光是以窄光束产生的，在长距离上是稳定的。然而，光通常只以一种频率产生，对应于单一颜色。

网络激光器的工作方式不同，由纳米级光纤网制成，这些光纤融合在一起形成网状网络。光沿着纤维传播，并以这种方式进行干涉，从而同时产生数百种颜色。然而，颜色以复杂的方式混合，并在所有方向上随机发射。

现在，在《Nature Communications》上发表的研究中，科学家们开发了一种精确控制网络激光器的方法，使其一次只发射单一颜色或颜色组合。该系统通过在网络激光器上照射独特的“照明图案”来工作，每个精确的图案都会产生不同的激光颜色或颜色组合。

通过非均匀泵送实现单模激光。

基于芯片的应用

照明图案是使用数字微镜装置（DMD）创建的，DMD是一种由计算机控制的装置，有数千个镜子。DMD通过为特定激光颜色选择最佳图案的算法进行优化。

该团队表示，新的网络激光系统可以有很多应用，特别是可以集成到芯片中。例如，它们可以用作高度安全的硬件密钥，其中照明图案成为以激光光谱形式生成密码的安全密钥。

因为激光器对正确的照明模式也非常敏感，所以网络激光器可以用作传感器，可以跟踪周围表面的微小变化。

网络激光器的实验光谱控制。

数学和物理结合在一起

来自帝国理工学院物理系的合著者Riccardo Sapienza教授说:“我们将网络理论的数学与激光科学结合起来，来驯服这些复杂的激光。我们相信这将是芯片上光处理的核心，我们现在正在测试它作为机器学习硬件。”

来自帝国理工数学系的合著者Mauricio Barahona教授说:“这是一个我们看到数学和物理结合在一起的例子，展示了网络的属性如何影响和帮助控制激光过程。下一个巨大的挑战是设计网络和照明模式，以控制激光的时间剖面，并在其中编码信息。”

来源：Sensitivity and spectral control of network lasers, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-34073-3

长三角G60激光联盟陈长军转载