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2014年最有趣的20项光电子技术盘点

导读: 大千世界,光电子装置发展的最突出形式之一是头戴眼镜式显示器。然而,谷歌眼镜自面市以来一直都没有很成功的发展,为什么呢?

  1. 增强现实显示器

  大千世界,光电子装置发展的最突出形式之一是头戴眼镜式显示器。然而,谷歌眼镜自面市以来一直都没有很成功的发展,为什么呢?嗯,是因为奇怪的外观;它只有一个单一的、侧边小屏幕;而用户使用时常常会发生斗眼。北卡罗来纳大学教堂山分校(UNC)和Nvidia研究中心的研究人员现在有一个眼镜显示器的设计,可以解决上述所有问题:增强现实眼镜是透明的,可以是3D立体的,至少看起来像一副眼镜。

  2. “非常糟糕”光表面

  对于性能更高的光学系统,如望远镜或高能激光器元件,当精确设计和制造光学系统装配以后仍然具有不必要的波前误差,还可以做些什么?或者,反过来说,一个光学系统设计师如何在不损耗较低波前误差的前提下减少系统的成本、复杂性、校准灵敏度。

  QED光学公司的工程师们给出了一个解决方案:装备一台磁流变抛光(MRF)机器,他们制造了一个光学平板,具有精确的反向波前误差,因而当放置在光学系统适当的位置的时候就抵消了波前问题。

  3. 显微镜超级透镜

  正如增强现实眼镜对于高科技消费者来说是一个革命性概念一样,还没有超越阻止其广泛使用的大障碍,超材料超级透镜似乎是一个光电专家。那么,这些障碍依然存在,但是适用于亚波长显微镜的超级透镜取得了进步(一个“超透镜”不仅捕获和重新调整远场光,还有渐逝波,因此打破了传统衍射极限)。例如,加利福尼亚大学圣地亚哥分校开发了一维多层超材料透镜对近场物体实现远场成像,将渐逝波改变成自由空间传播波。美国普渡大学创造了另外一个超级镜可以加工光纤末端。英国南安普敦大学发明了第三种制造、自组装的方法。

  4. 薄膜涂层负折射率层

  在多层光学薄膜涂层设计领域,法国菲涅耳研究所的Michel Lequime及其合作者可以看看做什么,当薄膜设计中的某些层被制成具有负屈光指数时(这种材料的样品正在以超材料的形式研发)。研究小组通过数值计算判定负指数层可以帮助剪裁四分之一波长布拉格反射镜的光谱色散,更有趣的是,实现了多层法布里-珀罗腔的宽带共振行为。这种由两个多层反射膜中间夹芯一层薄膜的腔,是设计多层光学滤光器的标准方法。

  5. 千兆兆瓦级激光玻璃

  千兆兆瓦级激光器用激光玻璃材料的研究还在进行中。因为千兆兆瓦功率级别的激光器输出有可能通过缩短激光输出脉冲持续时间的同时保持激光孔径大到防止高激光通量的损伤,掺钛蓝宝石晶体因不能制作成米级孔径尺寸而被排除在外。北美肖特公司的科学家们开发了一种掺杂钕(Nd)的磷酸盐和其他类型掺杂玻璃,可以解决千兆兆瓦激光器的强脉冲光问题。这种激光器使用一种玻璃用于前端光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)和其他类型玻璃(掺钕硅酸盐和掺钕磷酸盐)用于终端放大。

  6. 可视可调谐光纤激光器

  光纤激光器克服了传统激光器的许多限制:他们通常更小,更简单,转换效率更高。但是,适用于光纤激光器的增益材料只在几个有限的波长范围发射,主要是近红外波段。然而,他们可以用于泵浦在可见光谱内跨区域调谐的其他激光器或光参量振荡器(OPOs)。虽然减轻了一些光纤激光器的先天性简易,合成的设备仍然是紧凑高效的。洛克希德马丁公司的激光传感系统制造的版本包括倍频铒镱光纤激光器生成可调谐红色、双倍拉曼光纤激光器在红色和绿色之间可调谐。如图2所示,可见光谱其余部分的研究正在进行中。

  7. 蓝发射VCSELs

  垂直腔表面发射激光器(VCSELs)有多种用途,从数据通信到夜市照明,但是迄今为止VCSELs产生的发射波长仍然停留在红色光谱区或者是IR区。然而,人们继续努力开发发射蓝光的基于氮化物的VCSELs。如果尚未得到任何商业上的成功,或事实上仍然存在许多障碍,为什么这里重点强调这种研究?很简单因为蓝色发光VCSELs是那些可以改变游戏规则的光电子设备之一,目前已经在实验室里面制造出来,在日亚、松下的项目和其他地方有足够的资金继续研究。“这将需要一些资金和革命性思想”使高性能氮化物VCSELs成为现实,新墨西哥大学的Daniel Feezell说,“最终,我们会实现氮化物VCSELs,只是需要更多的时间”。

  8. 同轴光栅太赫兹QCLs

  南洋理工大学(NTU)、新加坡制造技术研究所、英国利兹大学、香港理工大学以及上海交通大学组成的国际研究小组的研究人员指出,对于太赫兹发射量子级联激光器,不同几何结构会有很大差异。除了制造标准脊波导QCL,他们还设计制造了一个圆形有源区和同心圆光栅耦合输出垂直进入自由空间。优势:低发散十几毫瓦输出,比脊波导太赫兹QCLs五倍强大。

  9. 钙钛矿结构VCSELs

  然后还有钙钛矿,多功能光子材料(实际上属于同类)用于制造光发射器以及高效薄膜光伏太阳能电池。剑桥大学卡文迪什实验室的研究人员创造了光泵浦钙钛矿结构VCSELs将绿色泵浦光转换到近红外(760nm)激光,转换效率达70%。这一论证的成果之一是光吸收,钙钛矿结构中迅速生成电子空穴对(1ps内),但随后几微秒内在任何地方重组。这些特性实际上预示着钙钛矿结构的广泛研究发展,尤其是低成本、高效太阳能电池。

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