激光器和反激光器同时出现在了同一器件中！

可以想象，将相反的力量聚集在一个地方是一件非常具有挑战性的事情，但在光学科学领域，研究人员刚刚完成了一项这样的成就。

能源部劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）的科学家们第一次创造了一个单一的器件，其可以同时起到激光器和反激光器的作用，并且他们在电信频段内演示了这两个相反的功能。

他们的研究成果，在一篇即将发表在《自然*光子学》杂志上的文章中进行了报道，这些发现为开发一类新的集成器件奠定了基础，这类器件可以灵活地作为激光器，放大器，调制器和探测器使用。

“在一个单一的光学谐振腔中我们实现了在同一频率的相干光放大和光吸收，这是一个违反直觉的现象，因为这两种状态从根本上是相互矛盾的，”该研究的首席研究员Xiang Zhang说，他是伯克利实验室材料科学部的教员科学家。“这对于光通信中光脉冲的高速调制具有重要的作用。”

上面的原理图显示了输入光（绿色）进入到单个器件相对的两端。当输入光1的相位快于输入光2的相位（左图），增益介质占主导地位，从而得到对入射光的相干放大，或者说激射模式。当输入光1的相位慢于输入光2的相位（右图），损耗介质占主导地位，从而导致对入射光束的相干吸收，或者说反激射模式。

反转激光

反激光器或称相干完美吸收器（Coherent Perfect Absorber, CPA）的概念是在最近几年才出现的东西，指的是将激光器所做的事情反过来完成的器件。相对于强烈地放大光束，反激光器可以完全吸收入射的相干光束。

虽然激光在现代生活中已经普遍存在，但是反激光器——五年前由耶鲁大学的研究人员首次展示——的应用仍在探索之中。由于反激光器可以在“嘈杂”的非相干背景光中提取微弱的相干信号，它可以用作一个非常敏感的化学或生物探测器。

研究人员说，一种可以将这两种功能结合在一起的器件可以成为构造光子集成回路的一个有价值的单元。

“以前从来没有想象过可以根据需要来在相干放大和相干吸收之间任意地对光进行控制，科学界一直以来都在探索着这种可能，”该论文的主要作者Zi Jing Wong说，他是Zhang实验室的一名博士后研究员。“这一器件可能会带来没有理论极限的具有很大对比度的调制。”

这些研究人员利用先进的纳米加工技术制造了824对重复的增益和损耗材料来构成这个器件，该器件长为200微米，宽为1.5微米。作为比较，人的一根头发的直径约为100微米。

增益介质由铟镓砷磷（InGaAsP）制成，这是一种众所周知的用作光通信放大器的材料。铬与锗配对形成损耗介质。重复该结构就产生了一个谐振系统，光在这个系统中来回反射，形成放大或吸收。

如果我们使光通过这样一个增益-损耗的重复系统，那么一个凭经验的猜测是，光将经历等量的放大和吸收，而光的强度不会改变。然而，这个例子谈论的不是这个系统是否满足宇称-时间对称条件，虽然宇称-时间对称是该器件设计中的关键要求。