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　　从通信和娱乐到制造和医疗保健，激光彻底改变了我们与周围世界互动的方式。它们已成为我们现代生活不可或缺的一部分，作为无数设备和行业不可或缺的组成部分推动创新的界限。

　　激光产生窄光束。当激光的光在纳米尺度上与材料表面相互作用时，它会发出一种称为等离子激元的光波，给定等离子激元的属性可以发出信息信号。在光传输中，激光在称为可饱和吸收器的组件处泵浦光以生成光信号。

　　Yu Yao是 亚利桑那州立大学Ira A. Fulton 工程学院电气、计算机和能源工程学院的 电气工程副教授 。她和 她 在亚利桑那州立大学 光子学创新中心的研究团队 设计了一种速度更快、能效更高的纳米级激光组件，称为石墨烯-等离子体混合元结构可饱和吸收器，称为 GPSMA。

　　GPSMA 具有跨通信、信息处理、光谱学和生物医学行业的潜在应用。吸收器可用于提高速度、效率和整体性能，以推进数据传输、信息处理、生物医学传感和成像技术。

　　由于其在光学调制和可饱和吸收方面的有益特性，Yao 的团队一直 在他们的工作中采用人工设计的金属-石墨烯混合材料。

　　在科学杂志 ACS Nano 最近发表的一篇文章中，Yao 详细介绍了她的实验室对基于石墨烯的可饱和吸收器的集成，以及他们如何改进设备以降低功耗，同时保持超快的响应时间 。

　　他们通过设计一个光学天线阵列取得了这些显着的成果，该阵列将光聚焦到材料的纳米级间隙（称为热点）以促进吸收。通过将激光聚焦在这些热点上，他们观察到了性能的提高和能耗的降低。

　　“石墨烯重量轻，光学响应时间快，但单层吸收率低，”Yao 说。“我们设计了这种装置，使纳米级热点中的光吸收可以增加三个数量级以上，从而不仅产生强烈的光吸收，而且产生可饱和的吸收效应。通过 GPSMA，我们正在制造一种可饱和吸收器装置，它实际上可以将功耗降低近两到三个数量级。”

　　由于其速度，他们的新技术为红外激光光谱和通过光纤电缆和卫星通信进行高速光信号通信开辟了机会。

　　“我们的设备可以以创纪录的速度运行，”Yao 说。“传统的可饱和吸收器可以在纳秒时间尺度上运行，但现在我们可以达到大约 60 飞秒，快了 100,000 倍以上。”

　　GPSMA 目前在电磁波谱的近红外波长下运行。由于石墨烯具有广泛的光学响应，可以将其光谱覆盖范围扩展到红外光谱区域中更长的波长，这对分子光谱学和光通信具有重要意义。然而，对于更长的波长，通常更难以实现可饱和吸收体并产生超短激光脉冲。因此，GPSMA 设计理念可以填补这一技术空白。

　　Yao 的设备在电信、能源和生物医学行业具有潜在的应用。吸收器可用于提高光纤电缆的速度、效率和整体性能，为推进数据传输、太阳能电池性能和疾病检测成像技术提供机会。

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