許多極端事件發(fā)生在許多可觀察的環(huán)境中。大自然是一個多產(chǎn)的源頭：洶涌的海浪、季風(fēng)降雨、野火等。從氣候科學(xué)到光學(xué)，物理學(xué)家們已經(jīng)對極端事件的特征進(jìn)行了分類，將這一概念擴(kuò)展到各自的專業(yè)領(lǐng)域。例如，極端事件可能發(fā)生在電信數(shù)據(jù)流中。在跨洋系統(tǒng)中可能發(fā)生大量時空波動的光纖通信中，突然的浪涌是一種必須加以抑制的極端事件，因?yàn)樗�可能會改變與物理層相關(guān)的組件或中斷私人消息的傳輸。

最近，來自巴黎電信公司（法國）的研究人員與加州大學(xué)洛杉磯分校（美國）和達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)（德國）的研究人員合作，在量子級聯(lián)激光器中觀察到了一種極端事件。這些極端事件的特征是巨大的脈沖，這些脈沖可以在大腦強(qiáng)大的計(jì)算能力的啟發(fā)下，為神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)的交流提供必要的突然的、尖銳的爆發(fā)�；�于發(fā)射中紅外光的量子級聯(lián)激光器（QCL），研究人員開發(fā)了一種基本的光學(xué)神經(jīng)元系統(tǒng)，其運(yùn)行速度是生物神經(jīng)元的1萬倍。他們的報(bào)告發(fā)表在《高級光子學(xué)Advanced Photonics》上。

上圖所示為一種量子級聯(lián)光子器件

巨大的脈沖，但是可微調(diào)

巴黎電信研究員和論文的第一作者Olivier Spitz指出，量子級聯(lián)激光器中的巨脈沖可以通過添加“脈沖上激”成功觸發(fā)，即偏置電流的短時小幅度增加。像墨西哥大學(xué)的高級教授解釋說，觸發(fā)光學(xué)系統(tǒng)的這種重要的光學(xué)系統(tǒng)的觸發(fā)特性是非常重要的。

研究小組的光學(xué)神經(jīng)元系統(tǒng)表現(xiàn)出類似生物神經(jīng)元的行為，如閾值、相位峰值和強(qiáng)直峰值。微調(diào)調(diào)制和頻率允許控制峰值之間的時間間隔。Grillot解釋說，“神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)需要一個強(qiáng)大的超閾值刺激，系統(tǒng)才會發(fā)出尖峰反應(yīng)，而相性和強(qiáng)直性的尖峰對應(yīng)于刺激到達(dá)后的單次或連續(xù)性尖峰放電。”為了復(fù)制各種生物神經(jīng)元反應(yīng)，與神經(jīng)元活動相對應(yīng)的規(guī)律性爆發(fā)序列也需要中斷。

量子級聯(lián)激光器

Grillot指出，他的團(tuán)隊(duì)報(bào)告的發(fā)現(xiàn)證明了量子級聯(lián)激光器與標(biāo)準(zhǔn)二極管激光器或VCSEL（垂直腔面發(fā)射激光器）相比越來越優(yōu)越的潛力，目前需要更復(fù)雜的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)神經(jīng)形態(tài)特性。

 1994年首次通過實(shí)驗(yàn)證明，量子級聯(lián)激光器最初是在低溫下使用的。他們的發(fā)展迅速，允許在更高的溫度下使用，直到室溫。由于量子級聯(lián)激光器可以實(shí)現(xiàn)大量的波長（從3到300微米），量子級聯(lián)激光器有助于許多工業(yè)應(yīng)用，如光譜學(xué)、光學(xué)對抗和自由空間通信。

Grillot認(rèn)為，量子級聯(lián)激光器所涉及的物理性質(zhì)與二極管激光器完全不同�！芭c二極管激光器相比，量子級聯(lián)激光器的優(yōu)勢在于導(dǎo)帶狀態(tài)（子帶）之間的亞皮秒電子躍遷，以及比光子壽命短得多的載流子壽命�！彼�指出，“量子級聯(lián)激光器在光反饋下表現(xiàn)出完全不同的光發(fā)射行為，包括但不限于巨脈沖出現(xiàn)、激光對調(diào)制的響應(yīng)以及頻率梳動力學(xué)�！�

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