量子級聯激光器表現出極端脈沖

端事件發生在許多可觀察的環境中。大自然是一個多產的來源：流浪洶涌的水浪高漲超過高潮，季風雨，野火等。從氣候科學到光學，物理學家對極端事件的特征進行了分類，將這一概念擴展到各自的專業領域。例如，極端事件可能發生在電信數據流中。在跨洋系統中可能發生大量時空波動的光纖通信中，突然的電涌是一種極端事件，必須加以抑制，因為它可能會改變與物理層相關的組件或干擾私人消息的傳輸。

最近，正如法國巴黎電信公司(TélécomParis)(法國)與美國加州大學洛杉磯分校(UCLA)和德國達姆斯塔德大學(TU Darmstad)合作研究的那樣，在量子級聯激光器中觀察到了極端事件。表征這些極端事件的巨大脈沖可以促進突然強大的突然爆發，這是大腦強大的計算能力所激發的神經形態系統中進行交流的必要條件。基于發射中紅外光的量子級聯激光器(QCL)，研究人員開發了一種基本的光學神經元系統，其運行速度比生物神經元快10,000倍。他們的報告發表在Advanced Photonics上。

巴黎電信研究人員，論文的第一作者Olivier Spitz指出，通過添加“脈沖激勵”(偏置電流會在短時間內小幅度增加)，可以成功觸發QCL中的巨大脈沖。高級作者弗雷德里克·格里洛特(FrédéricGrillot)，巴黎電信公司和新墨西哥大學的教授解釋說，這種觸發能力對于像光學神經元樣系統之類的應用至關重要，這類系統需要響應于擾動而觸發光學脈沖串。

該小組的光學神經元系統演示了類似于在生物神經元中觀察到的行為，例如閾值化，階段性尖峰和強直性尖峰。調制和頻率的微調允許控制尖峰之間的時間間隔。格里洛特解釋說：“神經形態系統需要強大的，超閾值刺激，才能激發尖峰反應，而相變和補品尖峰對應于刺激到達后的單次或連續尖峰發射。” 為了復制各種生物學的神經元反應，還需要中斷與神經元活動相對應的規律的連續爆發。

量子級聯激光器

Grillot指出，他的團隊報告的發現證明，與標準二極管激光器或VCSEL相比，量子級聯激光器的潛力越來越大，而對于標準二極管激光器或VCSEL，目前需要更復雜的技術來實現神經形態特性。

1994年首次進行實驗證明，量子級聯激光器最初是為在低溫下使用而開發的。它們的發展迅速，可以在較高的溫度下使用，甚至可以在室溫下使用。由于它們可以達到的大量波長(3至300微米)，QCL有助于許多工業應用，例如光譜，光學對策和自由空間通信。

根據Grillot的說法，QCL中涉及的物理學與二極管激光器中的物理學完全不同。格洛特說：“量子級聯激光器優于二極管激光器的優勢在于，其導帶狀態(子帶)之間的亞皮秒級電子躍遷和載流子壽命遠短于光子壽命。” 他指出，QCL在光反饋下表現出完全不同的發光行為，包括但不限于大脈沖出現，激光對調制的響應以及頻率梳的動力學。