據物理學家組織網3月28日報道，美國加州大學聖巴巴拉分校的研究人員通過將高、低頻率的激光束瞄準半導體(ti) ，引發電子從(cong) 核心脫離並加速，再回來碰撞核心，由此產(chan) 生多種頻率光。相關(guan) 研究結果刊登在最新一期《自然》雜誌上。

      當高頻率的激光束擊中半導體(ti) 材料如砷化镓納米結構時，會(hui) 創建一對被稱為(wei) 激子的電子—空(穴)複合體(ti) ，即當電子從(cong) 外界獲得能量時，會(hui) 跳到較高的能級，但並不穩定，很快又會(hui) 將獲得的能量釋放從(cong) 而回到原來的能級；但如果電子獲得的能量夠高，就可擺脫原子核的束縛成為(wei) 自由電子，電子空出來的位置則稱為(wei) 空穴，自由電子可能會(hui) 因為(wei) 摩擦或碰撞等因素損失能量，最後受到空穴的吸引而複合。

      論文合著者、該校物理係教授及太赫茲(zi) 科學與(yu) 技術研究所主任馬克·舍溫說：“高頻激光產(chan) 生電子—空穴對，很強的低頻自由電子激光束將電子從(cong) 穴口分離並加速，這時由於(yu) 電子加速有多餘(yu) 能量，它會(hui) 猛烈碰撞空穴，重組電子—空穴對，並放射出新頻率光子。在相當常規的路徑下混合激光束碰撞後會(hui) 得到一或兩(liang) 個(ge) 新的頻率，而我們(men) 在實驗中看到所有這些不同的新頻率最多能達到11個(ge) ，這個(ge) 現象著實令人興(xing) 奮。”

      舍溫說，由於(yu) 每個(ge) 頻率的光對應不同的顏色，他們(men) 之所以能獲得這樣的突破是依靠了一種特別的工具——自由電子激光器，其最大特點是可以探測出物質的基本性質，將其置於(yu) 混合光束之前即可測量出不同光的顏色，由此發現多種頻率的光。

      論文第一作者、該校物理係博士生本·紮克斯解釋說：“這就像有線電視網絡，其電纜是一束光纖，而你沿著這條線發送約1.5微米波長的光束，但在這束光裏有如同細梳齒的縫隙一樣分離出的許多頻率。信息會(hui) 以一種頻率來移動。而采用這種技術就能是增加很多可以傳(chuan) 輸信息的頻率，而且彼此相隔不會(hui) 太遠。”

      該研究團隊建立了一種產(chan) 生電子—空穴再碰撞的機器，其在現實中恐怕還沒有實際性的應用。然而，從(cong) 理論上講，一個(ge) 晶體(ti) 管可以用於(yu) 自由電子激光產(chan) 生強烈的太赫茲(zi) 場，還可以調節臨(lin) 近的紅外線光束。數據表明，該儀(yi) 器調製的近紅外激光是太赫茲(zi) 頻率的兩(liang) 倍，當增加光調製的速度，將會(hui) 更快傳(chuan) 輸接收自電纜的信息。

      研究人員介紹說，將電子—空穴再碰撞現象應用於(yu) 現實世界中具有潛在顯著提高光纜數據傳(chuan) 輸和通信速度的能力。最有可能的應用是多路複用技術即多渠道發送數據；另一個(ge) 則可對光進行高速調製。