激光技術的應用目前越來越廣泛，來自昆士蘭大學信息技術和電氣工程學院（ITEE）的研究員Martin Plöschner博士說，“在過去的15年里，我一直在使用激光，但我經(jīng)常驚訝地發(fā)現(xiàn)它們在最意想不到的地方。”

UQ團隊開發(fā)的激光工具。來源：Dr Martin Plöschner

“在它們的許多應用中，激光在我們?nèi)庋劭床坏降牟糠止庾V中工作。眼睛看不到的東西，大腦往往不知道。如果激光更多地在光譜的可見部分工作，我們周圍的世界將是一場壯觀的激光秀。”

激光的一個隱藏應用是光數(shù)據(jù)通信，其中激光通過光纖傳輸信息。但是，對更快、更頻繁地訪問數(shù)據(jù)的不斷增長的需求正推動全球光纖網(wǎng)絡達到其極限，即所謂的“容量緊縮”

斯托克斯旋光法的工作原理及其空間模擬。

UQ ITEE的Joel Carpenter博士說，激光脈沖沿著玻璃或塑料纖維以不同的速度傳播，可能會重疊，從而減慢了這一過程。

Carpenter博士說：“想象一下，通過一根長長的混凝土管道對朋友大喊大叫。您的消息將根據(jù)管道回聲的大小而扭曲，您還必須等待一條消息的回聲消失，然后才能發(fā)送下一條消息。這在大型計算機服務器群中也是一個類似的問題，回波的數(shù)量取決于發(fā)射到光纖中的激光器的形狀和顏色。”

測量激光器的特性對于改進至關重要，但目前還沒有完全捕獲這種復雜性的方法。

具有光譜、時間和偏振分辨率的空間狀態(tài)斷層掃描。

Plöschner博士、Carpenter博士和他們在激光束操縱、整形和表征方面具有專業(yè)知識的團隊熱衷于解決這個問題。他們與領先的激光制造商II-VI股份有限公司合作，花了三年時間研究如何使激光更快并提高其性能。

他們開發(fā)了一種工具，用于測量垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）的輸出，并允許檢查其光攜帶的大量數(shù)據(jù)。Plöschner介紹，該系統(tǒng)本身只有鞋盒般大小，只需插入激光束路徑。“它可以告訴我們激光束是如何隨時間演化并改變其形狀和顏色的。該信息對于光束如何通過光纖鏈路至關重要。”

這些結果現(xiàn)在可以用來改進下一代激光器。

 VCSEL（H極化）的時空光譜分析。

Plöschner博士說：“我們的工具將使我們能夠識別有助于光鏈路中‘脈沖擴展’的光束特征，這會減慢數(shù)據(jù)傳輸速度。然后，激光工程師可以在沒有這些無賴特征的情況下設計激光器，從而實現(xiàn)速度更快、運行距離更長的光學鏈路。任何能夠加快遠距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぞ叨己苡杏谩?rdquo;

改進的激光技術將造福一系列行業(yè)，從電信到安全和汽車制造。自動駕駛汽車使用激光制作場景的3D圖像，幫助它們在交通擁擠的地方導航或倒車。“每次你使用面部識別解鎖智能手機時，都會被數(shù)百個微型激光掃描。毫無疑問，制造性能更高的激光器的需求量很大。這一突破將開啟一個信息寶庫——光束寶庫。”Plöschner博士說。

這項研究已發(fā)表在《Nature Communications》上。

VCSEL（H極化）的時空光譜分析。

來源：Spatial tomography of light resolved in time, spectrum, and polarisation, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31814-2

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