麻省理工学院的研究人员开发了集成光波电子电路来探测超快光场的相位。

 

光波的振荡速度远远快于大多数传感器的响应速度。太阳能电池，或用于接收DVR中遥控器信号的红外线探测器，只能感知光所传递的总能量，而不能捕捉到由光组成的快速振荡电场的细微细节。基本上所有的商业光传感器都有同样的问题:它们就像一个麦克风，可以分辨出一群人在大喊(或低声耳语)，但却不能分辨出其中的任何一个单独的单词。

 

然而，在过去的几年里，科学家和工程师们一直在设计精巧的技术来探测光场本身，而不仅仅是光场释放的总能量。这很困难，因为所需的计时精度很短——只有几飞秒(一飞秒是十亿分之一秒的百万分之一)。因此，这些技术所需要的仪器和费用都是巨大的，因此这项工作仅限于少数专业的研究实验室。要想更广泛地应用这种能力，需要一种紧凑、可制造、易于使用的方法。

 

在最近发表在《自然通讯》杂志上,麻省理工学院的电子研究实验室博士后于家村杨和他的合作者在麻省理工学院,加州大学戴维斯分校的德意志Elektronen-Synchrotron(谜底)和德国汉堡大学展示了一个芯片有nanometer-length-scale电路元素像天线收集光的电场振荡近1000万亿次每秒。该芯片体积小，天富代理自给自足，只需要便宜的电子设备进行读出。

 

他们的工作有可能在“光波电子学”中实现新的应用，利用少周期光脉冲的电场波形进行高速信号处理。麻省理工学院电子工程教授、这项研究的合著者卡尔·伯格伦说:“我们看到了大量基于这项技术的新型光学和电子设备。”“例如，这项技术可能会对未来的应用产生影响，比如确定到遥远天体的距离，对GPS技术至关重要的光学时钟，以及气体的化学分析。”

 

为了演示该设备的操作，研究人员首先使用专门的激光系统产生光脉冲，设计光脉冲只包含几个光周期。他们将光照射到一个微芯片上，在这个芯片上，他们用超薄的金薄膜制作了数百个微型天线。为了获得足够强的电信号，天线之间必须有很小的间隙，每个间隙只有一米的100亿分之一宽。当光线穿过这些狭窄的缝隙时，就会产生巨大的电场，将电子从一个天线中剥离出来，将它们拉到空气中，并将它们放置到下一个天线中。虽然每个天线本身只贡献了微小的电流，但整个阵列的总信号是可观的，天富代理而且很容易测量。

 

参考文献:杨yujia Yang, Marco Turchetti, Praful Vasireddy, William P. Putnam, Oliver Karnbach, Alberto Nardi, Franz X. Kartner, Karl K. Berggren and Phillip D. Keathley，《自然通讯》，2020年7月8日。

 

本文的主要作者是杨玉佳。研究小组由唐尼Keathley, RLE组长和研究科学家,处理部门的教授卡尔·伯格伦电气工程和计算机科学,弗朗茨在德意志Kartner Elektronen-Synchrotron(谜底)和在德国汉堡大学,和威廉·普特南在加州大学戴维斯分校的。其他合著者有Marco Turchetti、Praful Vasireddy、Oliver Karnbach和Alberto Nardi。

 

这项工作得到了美国空军科学研究办公室、欧洲研究理事会和麻省理工学院汉堡码头项目的支持。