近期美国在光通讯方面研发屡获突破，白激光研制成功和新型材料研制成功，有望带来超快全光通讯，光通讯行业再迎革命性事件。
美研制成功白色激光
自上世纪60年代问世以来，激光已在多个领域“大显身手”，但它一直有一个短板，就是只能发出单一波长的光。现在，美国科学家解决了这个问题，他们首次研制出了一款能发白光的激光器。研究人员表示，白光激光器比发光二极管（LED）更亮且能效更高，未来将在照明和无线通讯领域发挥重要作用。
据物理学家组织网7月30日报道，由美国亚利桑那州立大学电子、计算机和能源工程学院的宁存政（音译）领导的团队研制出一种新奇的纳米薄片。这块纤细半导体的大小仅为头发丝的五分之一，厚度仅为头发丝厚度的千分之一，其拥有三个平行的部分，每部分能发出红、蓝、绿三原色中的一种颜色的激光。整个设备能发射所有可见光的激光，从红色到绿色再到蓝色，或两者之间的任何颜色，当三原色“相遇”时，就出现了白色的激光。
最新研究让激光替代LED成为主流光源向前进了一步。激光更亮、能效更高且能提供更精确和生动鲜艳的显示颜色，可用于计算机和电视屏幕上。研究人员也证实，他们的新型设备能发出比目前的显示器工业标准多70％的颜色。
该研究的另一个重要应用或将是可见光通讯领域，未来室内照明系统或也可用于通讯。科学家们目前正在研发的技术名为“Li-Fi”（也就是可见光无线通信，利用快速的光脉冲无线传输信息）。而现在的“Wi-Fi”使用的是无线电波。Li-Fi的速度可以达到Wi-Fi的10多倍，而白色激光Wi-Fi可能是目前正在研发的基于LED的Li-Fi的10到100多倍。
尽管这个概念非常重要，但要想将这种发白光的激光器应用于现实生活中的照明或显示屏系统内，还面临很大的障碍。研究人员表示，接下来的关键是在电池的驱动下获得同样的白色激光。就目前的演示而言，研究人员必须使用一台激光器来让电子发光。最新实验将为最终在电操作下获得白色激光铺平道路。
新型材料望带来超快全光通讯
美国普渡大学研究人员开发出一种新的“等离子氧化材料”，有望带来超快全光通讯技术，至少比传统技术要快10倍。相关论文发表在近期美国光学协会的《光学》杂志上。
光通信是用激光脉冲沿光纤来传输信息，用于电话服务、互联网和有线电视；而全光技术无论是数据流还是控制信号都是光脉冲，不用任何电信号来控制系统。研究人员证明了铝掺杂氧化锌（AZO）制造出的光学薄膜材料是可调制的。他们用铝掺杂氧化锌，在氧化锌中浸满了铝原子以改变材料的光学性质，使它在特定波长下变得像一种金属，而在其他波长下像高电阻介质。
AZO薄膜的折射率接近于零，它能利用电子云状的表面等离激元来控制光。脉冲激光会改变AZO的折射率，从而调制反射光的量。这种材料能在近红外光谱范围工作，可用在光通讯中，并与互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容。
研究人员的设想是利用这种材料来创造一种“全光等离子调制器”，或叫光学晶体管。在电子设备中，硅基晶体管负责开关电源、放大信号。光学晶体管是用光而不是电来执行类似任务，会使系统运行大大加速。
用脉冲激光照射这种材料，材料中的电子会从一个能级（价带）移动到更高能级（导带），留下空穴，并最终与这些空穴再次结合。晶体管开关的速度受限于完成这一周期的时间。在他们的AZO薄膜中，这一周期约为350飞秒，比晶体硅要快约5000倍。把这种速度提升转化到设备中，至少比传统硅基电子设备要快10倍。
基于激光照明实现Li-Fi有望替代Wi-Fi
你还在为Wi-Fi信号区域分布不均并且信号弱感到恼火么?Li-Fi可能是答案。这项技术使用基于LED室内照明而不是无线电波数据传输。但Li-Fi的主要支持者的眼光已经超于LED，用基于激光照明实现Li-Fi，数据传输速率或增加10倍。
“问题是LED灯，虽然它们的能量效率是比白炽灯高，但仍然可以提高它们的光输出效率。”德国物理学家、爱丁堡大学哈拉尔德·哈斯（HaraldHaas）教授说：“我们相信高效节能照明的下一波将基于激光二极管”。哈斯和他的团队研究表明，用激光二极管替换现有的LED灯可以大大改善现在的情形。激光器的高能量与光效率，传输数据的速率可以比LED快10倍，爱丁堡大学的激光Li-Fi传输速度甚至可突破100G每秒。
由Li-Fi到拐弯变速：激光的那些速度之最
近日，爱丁堡大学研究表明，用激光二极管替换现有的LED灯可以大大提升Li-Fi数据传输速率。虽然基于LED的Li-Fi可达到10Gb/s的数据传输速率，可以改善Wi-fi7Gb/s的数据传输速率上限。激光传输数据的速率可以很容易超出100Gb/s。
随着科技发展，激光技术已经在材料加工领域取得广泛应用。另一方面，激光作为先进的光源技术在科研领域正“大展身手”，创造了一个又一个速度之最。
1、新型石墨烯光电探测器转化速度接近极限
由西班牙光子科学研究所的研究员弗朗克·科朋斯教授、加泰罗尼亚高等研究院的尼尔克·范·赫斯特、美国麻省理工学院的帕博罗·加里洛-赫耶罗，以及加州大学河滨分校物理系教授刘津宁（音译）领导的研究团队研制出了这种基于石墨烯的光电探测器转化仪，其能在不到50飞秒的时间内将光转化为电，将光电转化速度推到了极限。最新研究已发表在近期出版的《自然·纳米技术》杂志上。
为了做到这一点，研究人员使用了超快的脉冲激光激发以及超高灵敏度的电子读出方法。研究人员克拉斯-扬·泰尔说：“这一实验的独特之处在于，将从单分子超快光子学所获得的超快脉冲成型技术与石墨烯电子技术完美结合在一起，再加上石墨烯的非线性光—热电反应，使科学家们能在如此短的时间内将光转化为电信号。”
研究人员称，由于石墨烯内所有导带载流子之间存在着超快且超高效的关联，在石墨烯内快速制造出光电压是可能的。这种相互关联使他们可以采用一种不断升高的电子温度，快速制造出一种电子分布。如此一来，从光吸收的能量能被有效且快速地转变成电子的热量。随后，在拥有两种不同掺杂的两个石墨烯区域的交界处，电子的热量被转变成电压。实验结果表明，这种光热电效应几乎同时出现，被吸收的光可以快速转变成电信号。
研究人员表示，最新研究打开了一条通往超快光电转化的新通路。科朋斯强调说：“石墨烯光电探测器拥有令人惊奇的性能，可以应用于很多领域。”
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