激光技術的應用目前越來越廣泛，來自昆士蘭大學信息技術和電氣工程學院（ITEE）的研究員Martin Plöschner博士說，“在過去的15年里，我一直在使用激光，但我經常驚訝地發現它們在最意想不到的地方。”

UQ團隊開發的激光工具。來源：Dr Martin Plöschner

“在它們的許多應用中，激光在我們肉眼看不到的部分光譜中工作。眼睛看不到的東西，大腦往往不知道。如果激光更多地在光譜的可見部分工作，我們周圍的世界將是一場壯觀的激光秀。”

激光的一個隱藏應用是光數據通信，其中激光通過光纖傳輸信息。但是，對更快、更頻繁地訪問數據的不斷增長的需求正推動全球光纖網絡達到其極限，即所謂的“容量緊縮”

斯托克斯旋光法的工作原理及其空間模擬。

UQ ITEE的Joel Carpenter博士說，激光脈沖沿著玻璃或塑料纖維以不同的速度傳播，可能會重疊，從而減慢了這一過程。

Carpenter博士說：“想象一下，通過一根長長的混凝土管道對朋友大喊大叫。您的消息將根據管道回聲的大小而扭曲，您還必須等待一條消息的回聲消失，然后才能發送下一條消息。這在大型計算機服務器群中也是一個類似的問題，回波的數量取決于發射到光纖中的激光器的形狀和顏色。”

測量激光器的特性對于改進至關重要，但目前還沒有完全捕獲這種復雜性的方法。

具有光譜、時間和偏振分辨率的空間狀態斷層掃描。

Plöschner博士、Carpenter博士和他們在激光束操縱、整形和表征方面具有專業知識的團隊熱衷于解決這個問題。他們與領先的激光制造商II-VI股份有限公司合作，花了三年時間研究如何使激光更快并提高其性能。

他們開發了一種工具，用于測量垂直腔面發射激光器（VCSEL）的輸出，并允許檢查其光攜帶的大量數據。Plöschner介紹，該系統本身只有鞋盒般大小，只需插入激光束路徑。“它可以告訴我們激光束是如何隨時間演化并改變其形狀和顏色的。該信息對于光束如何通過光纖鏈路至關重要。”

這些結果現在可以用來改進下一代激光器。

 VCSEL（H極化）的時空光譜分析。

Plöschner博士說：“我們的工具將使我們能夠識別有助于光鏈路中‘脈沖擴展’的光束特征，這會減慢數據傳輸速度。然后，激光工程師可以在沒有這些無賴特征的情況下設計激光器，從而實現速度更快、運行距離更長的光學鏈路。任何能夠加快遠距離數據傳輸的工具都很有用。”

改進的激光技術將造福一系列行業，從電信到安全和汽車制造。自動駕駛汽車使用激光制作場景的3D圖像，幫助它們在交通擁擠的地方導航或倒車。“每次你使用面部識別解鎖智能手機時，都會被數百個微型激光掃描。毫無疑問，制造性能更高的激光器的需求量很大。這一突破將開啟一個信息寶庫——光束寶庫。”Plöschner博士說。

這項研究已發表在《Nature Communications》上。

VCSEL（H極化）的時空光譜分析。

來源：Spatial tomography of light resolved in time, spectrum, and polarisation, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31814-2

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