在纳米光子学和超快光学领域的一项重大突破中，桑迪亚国家实验室的一个研究小组展示了动态控制来自传统的、所谓的非相干光源的光脉冲的能力。
这种使用半导体设备控制光的能力可以让低功率、相对便宜的光源(如 LED 或手电筒)在全息图、遥感、自动驾驶汽车和高速通信等新技术中取代更强大的激光束。
“我们所做的是表明可以控制一束非相干光，”桑迪亚科学家和该研究的主要作者 Prasad Iyer 说，该研究发表在最新一期的《自然光子学》杂志 上。这项工作由能源部科学办公室资助。
许多常见光源都会发出非相干光，例如老式白炽灯泡或 LED 灯泡。这种光被称为非相干光，因为光子以不同的波长和随机方式发射。然而，来自激光器的光束不会传播和扩散，因为光子具有相同的频率和相位，因此称为相干光。
在该团队的研究中，他们通过使用称为超表面的人工结构材料来操纵非相干光，这种材料由称为元原子的微小半导体构建块制成，可以设计为非常有效地反射光。尽管超表面之前已显示出有望创造出可以将光线引导至任意角度的设备，但它们也带来了挑战，因为它们仅针对相干光源而设计。理想情况下，人们会想要一种可以像 LED 一样发光的半导体器件，通过施加控制电压将光发射控制在设定的角度，并以尽可能快的速度改变转向角。
研究人员从嵌入了称为量子点的微小光源的半导体超表面开始。通过使用控制光脉冲，他们能够改变或重新配置表面反射光的方式，并在 70 度范围内以不同方向引导从量子点发射的光波，时间不到万亿分之一-第二，取得重大成功。与基于激光的转向类似，转向光束抑制了非相干光扩散到更宽视角的趋势，而是在远处产生明亮的光。
驯服光
该团队的主要工作证明是一项以前被认为不可能实现的壮举，为纳米光子学和超快光学领域的发展铺平了道路。动态控制非相干光源并操纵其属性的能力提供了广泛的应用。
一种低功率用途是使用于在普通视觉上覆盖地图或蓝图的军用头盔屏幕变亮。“在空间宝贵的应用中，”Iyer 说，“通过这项技术，未来可以使用小尺寸和重量轻的超表面 LED 显示器来控制光发射。我们可以以更好的方式使用发出的光，而不仅仅是关闭和打开它们。”
该技术还可以提供一种新型小型显示器，可以使用低功率 LED 将全息图像投射到眼球上，这是增强现实和虚拟现实设备特别感兴趣的功能。其他用途可能是在自动驾驶汽车中，激光雷达用于感应汽车路径中的物体。
Sandia 研究员、该项目的论文作者和首席科学家 Igal Brener 说，就兴趣表达而言，该团队已经从商业渠道收到了几次询问。“商业产品可能需要 5 到 10 年的时间，特别是如果我们想要将所有功能都集成到芯片上，”Brener 说。“你不会使用控制光脉冲来传递控制光所需的超表面的变化，而是你会用电来进行这种控制。我们有想法和计划，但现在还为时过早。想象一个 LED 灯泡，它可以发出光来跟随您。那么你就不会在没有人的地方浪费所有的照明。例如，这是我们多年前与 DOE 一起梦想的众多应用之一，以提高办公照明的能效。”
同样，有朝一日，在只需要在特定感兴趣区域(例如手术或自动驾驶车辆)需要聚焦照明的情况下，驯服的光可能会带来好处。
非相干光的未来一片光明。
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