QCLs表現出極端脈衝

極端事件發生在許多可觀察到的環境中。大自然是一個豐富的資源:洶湧澎湃的巨浪，季雨，野火等等。從氣候科學到光學，物理學家們已經對極端事件的特徵進行了分類，並將這一概念擴充套件到他們各自的專業領域。例如，極端事件可能發生在電信資料流中。在光纖通訊中，跨洋系統可能發生大量的時空波動，突然的波動是必須加以抑制的極端事件，因為它可能會改變與物理層相關的元件或中斷私人訊息的傳輸。

最近，來自Télécom巴黎(法國)的研究人員與美國加州大學洛杉磯分校和德國達姆斯塔德理工大學的研究人員合作，在量子級聯鐳射器中觀察到了極端事件。這些極端事件的特徵是巨大的脈衝，它可以為神經形態系統的交流提供必要的突然、尖銳的脈衝，這些神經形態系統受到大腦強大計算能力的啟發。基於發射中紅外光的量子級聯鐳射器(QCL)，研究人員開發了一種比生物神經元執行速度快10000倍的基本光神經元系統。他們的報告發表在《高階光子學》雜誌上。

巨大的脈衝，微調

Olivier Spitz (Télécom巴黎研究員，該論文的第一作者)指出，QCLs中的巨大脈衝可以透過新增“脈衝激發”成功觸發，“脈衝激發”是一種短時間的小振幅偏置電流的增加。資深作者Frédéric Grillot是Télécom巴黎大學和新墨西哥大學的教授，他解釋說，這種觸發能力對於類似光學神經元系統的應用是至關重要的，這些系統需要在擾動的響應下觸發光脈衝。

該團隊的光神經元系統展示了與在生物神經元中觀察到的行為類似的行為，如閾值化、相位尖峰和緊張性尖峰。調製和頻率的微調允許控制尖峰之間的時間間隔。格里洛解釋說:“神經形態系統需要一個強大的、超閾值的刺激來觸發spike反應，而階段性和緊張性的spike反應對應的是在刺激到達後單個或連續的spike放電。“為了複製各種生物神經元的反應，也需要中斷與神經元活動相對應的有規律的連續爆發。”

量子級聯鐳射器

格里洛指出，他的團隊報告的研究結果表明，與標準二極體鐳射器或VCSELs相比，量子級聯鐳射器的潛力越來越大，而後者目前需要更復雜的技術來實現神經形態特性。

量子級聯鐳射器的首次實驗證明是在1994年，它最初是為低溫下使用而開發的。他們的發展迅速，可以在更高的溫度下使用，直到室溫。由於QCLs可以實現大量的波長(從3到300微米)，QCLs在許多工業應用中都有貢獻，如光譜學、光學對抗和自由空間通訊。

根據格里洛的說法，QCLs所涉及的物理原理與二極體鐳射器完全不同。“與二極體鐳射器相比，量子級聯鐳射器的優勢在於傳導帶狀態(子帶)之間的亞皮秒電子躍移，以及比光子壽命短得多的載流子壽命，”格里洛說。他說，量子cls在光反饋下表現出完全不同的光發射行為，包括但不限於巨脈衝的出現、鐳射對調製的響應以及頻率梳動力學。