美研究人员首次构建硅材料量子级联激光器

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      来自美国加利福尼亚大学、海军研究实验室和威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员，首次在硅材料上构建量子级联激光器，未来有望应用于光谱化学、天文学气体探测以及自由空间通信。

　　直接在硅片上集成激光器具有一定挑战性，但是相对于耦合外部激光光线，具有更高效率和紧凑性。硅的间接带隙使得构建激光器非常困难，但是可以利用III-V族半导体材料，例如磷化铟（InP）或砷化镓（GaAa），构建二极管激光器。通过直接将III-V层紧接到硅晶片上，利用III-V层形成激光增益，并整合相同组合在硅材料上形成2μm多量子阱激光器。二极管激光器的局限性使得难于产生更长波长，因此，该研究小组转而使用QCLs代替。

　　在硅材料上构建量子级联激光器（QCL）极具挑战性，主要是由于SiO2在长波长中红外波段具有很强的吸收性。“这就意味着我们不仅要在硅材料上构建不同类型的激光器，还需要构建不同类型的硅波导。”该项目领导人AlexanderSpott表示：“我们构建了SONOI波导，在硅波导下使用了氮化硅层，而不是只用SiO2。”

　　在SONOI波导上整合多量子级联激光器3D结构图

　　“此项突破将带来诸多应用。”Spott表示：“通常而言，近红外硅光子器件应用于数据传输及通信。但是新兴的研究方向是构建中红外硅光子器件用于传感和检测应用，例如光谱化学、气体探测、天文学、海洋探测、热成像、爆炸物探测及自由空间通信等。”

　　该团队的下一个目标是改进散热以提升QCLs激光器性能，并进一步构建连续波硅材料QCLs激光器。“我们通常希望改进设计提升功率及效率”，Spott表示：“这使得我们距离在硅芯片上构建全集成中红外器件更近一步，例如光谱分析仪或气体传感器。大规模制造可以降低单片成本，许多微器件可以在同一硅芯片上构建，例如在不同中红外波段工作的不同类型传感器。”（来源：OFweek激光网）

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　　据中国科技网消息，英国剑桥大学和东芝欧洲研究所的科学家在最新一期《自然·光子学》杂志上撰文指出，他们采用“脉冲激光播种”技术，将一台激光器内的光子“播种”进另一台激光器内，新方法或有助于“牢不可破”量子加密系统的实用化，并将信息传输速度提高了10多倍。该研究论文第一作者、剑桥大学工程学院博士卢西恩.科曼达认为，最新研究或是通往实用量子加密系统的里程碑之一。

　　另据科技日报4月6日报道，英美两国科学家首次在准二维材料α-氯化钌(α-RuCl3)内，观察到一种新量子物态——量子自旋液体的“蛛丝马迹”。量子自旋液体是一种神秘的量子物质形态，由物理学家菲尔.安德森于1973年提出，此前一直未能在自然界中观测到。研究人员表示，最新研究或有助于量子计算机的研制。这项研究有望加快量子计算机的产业化进程，有望突破各大领域的运算技术瓶颈，应用前景广阔。量子计算有望加速传统产业进化，人类历史上最重要的科技革命有望来临。

　　国内方面，日前，在国务院新闻办举行的“建设一批国家自主创新示范区推动经济持续健康发展”政策吹风会上，上海市副市长周波提到将实施“量子通讯”等一批基础工程，代表国家参与整个国际科技的合作与竞争。东北证券（000686）认为，量子通信是“目前理论上唯一被证明无条件安全的通信方式”，在国家相关政策的支持和引导下，量子通信产业链有望持续受益。

　　事实上，中国的量子通信技术已经达到世界顶尖水平。2016年，世界上第一条量子通信保密干线--“京沪干线”将正式建成。同时，由中国科学家自主研发的世界首颗“量子科学实验卫星”也是发射在即。这两个项目在发挥技术验证以外，也凸显出量子通信技术真正走到了产业化前夜。安信证券分析师李伟认为，2016年将是量子通信规模应用元年。

　　此外，《2016-2020年中国量子通信行业深度调研及投资前景预测报告》表示，量子通信在军事、国防、金融等信息安全领域有着重大的应用价值和前景，不仅可用于军事、国防等领域的国家级保密通信，还可用于涉及秘密数据和票据的电信、证券、保险、银行、工商、地税、财政以及企业云存储、数据中心等领域和部门，而技术又相对成熟，未来市场容量极大。

　　安信证券研报显示，量子通信产业化应用在即，在国家信息安全的战略背景下，预计国家层面政策持续向自主领域倾斜。从国家之前定调来看，经济后期的发展主要集中在新兴产业，量子通信有望引领信息技术发展，战略地位也在不断提升。

　　量子通信作为一种绝对安全的通信方式，可以从根本上解决国防、金融、政务、商业等领域的信息安全问题。同时国家层面对于信息安全空前的重视程度，都促使量子信息成为具有顶层战略意义的重要领域和发展方向。在国家信息安全的战略背景下，预计国家层面政策和资金投入将持续向自主领域倾斜。

　　量子产业的发展大趋势已经非常明确，全球科技界、产业界非常重视，主要国家争相将量子产业研究作为战略项目。量子产业已逐步从理论走向实验，并向实用化发展。继微电子信息之后，量子产业极有可能引发军事、经济、社会领域又一次重大革命。