北亚利桑那大学（NAU）助理教授Ryan Behunin与来自耶鲁大学和德克萨斯大学奥斯汀分校的物理学家团队合作，发现了一种在硅中操纵光的创新方法。通过展示一种可在硅片上利用声波放大光的新型激光器，该团队的研究成果在硅光子学领域取得了重大进展。Behunin对该项目的理论和建模方面做出了贡献，其结果发表在Science上（“A silicon Brillouin laser”）。

NAU的物理学家Ryan Behunin的研究探索了由波动引起的现象和光力学的物理机制，研究一些基本问题，这些基本问题涉及光、声和物质从量子的相互作用；小到量子摩擦，大到激光噪声用波导代替导线是在技术上潜在的游戏规则改变者具有在硅中操纵光的能力可能代表了计算机芯片技术的游戏规则改变者。

“我们已经投入数万亿美元来了解硅片，因为这是我们用来制作计算机芯片的材料，”Behunin说。“我们可以在原子尺度上控制硅，制造纯晶体硅晶片，甚至可以制造出所有原子具有相同原子量的原子的硅晶体。有了这种精细的控制，科学家和工程师们在硅芯片上制造了各种各样的设备，这些设备可以利用电能实现各种有用的任务。”

然而，由于电流产生的热量，这些设备中使用的电线相对低效地发送和处理信息。“在我们正在研究的领域，硅光子学领域，目标是用光学等效物（光波导）取代电线，”Behunin说。“我们的想法是充分利用我们对硅片的丰富知识，创造出使用光来高效快速处理信息的芯片。”

几十年来，科学家们已经意识到来自硅光子学的全部潜力的挑战。由于元素的固有特性，在硅中产生激光非常困难 - 这是硅光子学的关键部分。有了这些发现，该团队已经朝着解决这个问题迈出了一大步。

“我们展示了一种新型激光器，硅基布里渊激光器，”Behunin说。“这个项目极大地扩展了光在硅片中的操作和控制方式。”该激光器是以法国物理学家莱昂·布里渊的名字命名的，他的名字同时也为光声散射效应命名。通过设计新的专用波导，该团队的布里渊激光利用声音来放大光。文

布里渊激光器的独特属性可以使应用范围从计时到编码和解码信息的新方案成为可能。除了发光之外，布里渊激光器还可以产生纯粹的声波。发射的光可以用来为“光子电路”供电，并且可以利用声波实现非常复杂形式的精确感测-所有这些都可以在小芯片上实现。

用硅片布里渊激光器学习还有更多。“我们只是通过这项工作触及了这一技术的表面，”Behunin说。 “使用硅片，我们可以创建一系列激光设计方案，每种激光设计方案都具有针对特定应用定制的独特属性。”

我们的试验成果第一次就可以在Science杂志上发表“是一件不可思议的令人高兴的事”，Behunin以论文的第二作者的身份宣布了他们团队的研究成果。

“可以在Science杂志上发表是一件不可思议且令人高兴的事’”在谈到他在著名期刊上的第一篇文章时他这样说道。 Behunin将论文的成功归因于耶鲁大学的主要作者Nils Otterstrom，研究员Eric Kittlaus和首席研究员Peter Rakich的见解和努力。

“Nils和Eric都非常聪明和勤奋。Nils设计，制造和表征了激光器，Eric研发了波导，“他说,“我主要参与了系统的理论和建模方面。Peter很棒。我很荣幸能与他合作。这种激光器是他的愿景，我们着手实现。”

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