美国量子物理研究的新发现可能为光通讯领域带来变革

美国加里佛尼亚大学得到的实验结果也许会给光通讯领域带来深刻的变革。这一研究报告刊登在10月28日一期的《自然》杂志上。 2- h{N  
加里佛尼亚大学的物理学家马克·舍温说：“随着信息技术的进步，科学家们正努力提高信息传输的速率。我们的目标是以当前100倍的速度发送信息。”他的研究小组已在这一项目上花费了5年时间。实验用到了大学里和房间差不多大小的自由电子激光器。 KYI/  
他解释说：“我们使用了一种电控半导体快门，同时我们尝试以每秒3万亿分之一秒的速度开关快门，这时，我们发现快门自身产生了振荡现象。” 8MtGlW%Eh  
舍温说：“这些振荡现象也许可以仅用微弱的激光束就能打开快门而无需采用高电压。光通讯过程中存在着各种通讯频道，所以我们能够使用不同的激光束对应不同的频道。这才是真正快速切换通讯频道的一个途径。现在光通讯里切换频道是个非常缓慢的过程。” Eyqa?$R  
舍温解释说，电子要比光子慢得多，光纤传输信息的速率可以比电脑等电子设备快一千倍。 “我们在加里佛尼亚大学所使用的是一种特殊的发射源——自由电子激光器。它可以产生每秒振荡几万亿次的电磁场，”舍温说，“我们发现当以这种高速驱动调制器，或快门时，它会以一种独特的方式快速运转。与一般只能以单一频率吸收光不同，它可以同时以第二个频率吸收光线。这就可能制造出新型的交叉调制器，一束有特定吸收频率的激光能打开或关闭其它的光。” HM1Fz\Sf  
舍温说，人类使用光进行远距离传递信息已有3000多年的历史了。例如，按荷马在《伊利亚特》中的描述，古希腊人使用火从一个山头向另一个山头传递讯号。为了发送信息，必须对光进行调制——这意味着，要能打开或关闭光线。在第二次世界大战期间，船队之间的通讯使用人工调制的探照灯来发送编码信号，而现代的光调制器是由电压控制。 q`7PhA
  
在电吸收调制器中，光接近特定频率——也就是载波频率，就能通过与载波信号调谐或异谐的方法来关闭或发送。一个普通的电吸收调制器是由半导体量子井构成的，即薄薄一层带有较小的“能隙” （一种较大的正电子与负空穴之间的吸附力）的半导体夹在两层带有一个更大“能隙”的半导体层中间。 eJ-xsH*8  
舍温解释说，当频率合适的光线附到一个量子井上时，它会创造出一对叫做“电子空穴对”的电子束缚洞，而光线会被其所吸收。垂直作用于量子井的表面的电场会改变吸收的频率。这样与零场谐振产生共振现象的光线就不再被吸收。目前的量子井电子吸收调制器可以以超过每秒100亿比特的速率调制光。 tw/dD +  
在这篇论文中科学家们指出，量子井电子吸收调制器在超过1太赫兹（1万亿个循环）时动力强劲，比通常的量子井调制器要快100倍。在这种超高频的情况下，电子空穴的内部量子震荡会被激发出来。当强烈的太赫兹级的震荡与电子空穴的震荡谐振时，对量子井电子空穴吸收频谱附近的弱光吸收光谱能使单波峰变为双波峰，或成对波峰。这一成对波峰意味着接近电子空穴吸收频谱的光线频率将不再是简单地最低能量状态上产生出电子空穴，而是必须在其基本态和激发态下产生量子机制叠加。 ]:-mbgW  
一个在光通讯上的潜在运用是由太赫兹级频率所分隔开的任意两个弱光束可以互相进行调制。“通常，这样的交叉调制只发生在光束的强度高于某一极限时才会发生，”舍温说。 mdg8,n  
在一个分开的注释中，舍温说，“在原子气中，观察到的成对波峰是在发明能够明显降低光速甚至阻止光线传播的系统的研究方面迈出了第一步。在半导体中减慢或停滞光线传播将提高光通讯设备和计算机系统的能力。然而，为实现减慢或停滞光线传播，我们必须大幅度降低在量子井调制器中的能量耗散机制。” P|E| $)m  
科学论文《光调制器中的量子相关性》的作者包括：参与加里佛尼亚大学实验并随后转到科罗拉多州立大学的S. G. Carter；加里佛尼 .. ED( Sg  
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