美科學(xué)家開發(fā)新型激光放射儀器

 日前，工程師和應(yīng)用物理學(xué)家們已經(jīng)為一種新的“即插即用”激光開發(fā)——拉曼注入式激光——打下基礎(chǔ)，同時(shí)也為整個(gè)激光技術(shù)帶來了數(shù)個(gè)關(guān)鍵性的革新。這種激光放射儀器結(jié)合了非線性光學(xué)設(shè)備和半導(dǎo)體注入式激光的優(yōu)點(diǎn)，它不僅設(shè)計(jì)緊湊，而且可能有一天會(huì)在成像與探測(cè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

    哈佛大學(xué)工程與應(yīng)用物理學(xué)系的Mariano Troccoli, Ertugrul Cubukcu和Federico Capasso，美國(guó)德克薩斯州農(nóng)工大學(xué)的 Alexey Belyanin，美國(guó)朗訊科技貝爾實(shí)驗(yàn)室的Deborah L.Sivco和Alfred Y.Cho共同在2月24日的《自然》上發(fā)表了這一設(shè)備的概念模型的論證文獻(xiàn)。這項(xiàng)研究部分由德克薩斯州農(nóng)工大學(xué)的電信與信息學(xué)特別研究小組資助。

    傳統(tǒng)的拉曼激光依靠一種被稱為拉曼效應(yīng)的基本物理學(xué)現(xiàn)象——即單色光線（例如激光）在穿過一種介質(zhì)時(shí)，其頻率會(huì)發(fā)生變化。一束密集而強(qiáng)烈的激光發(fā)出的光線，被稱為“泵浦光源”，它能夠使某些介質(zhì)的分子從原有位置偏離，使其中的一些光子失去能量。結(jié)果，第二束激光就會(huì)從介質(zhì)中產(chǎn)生，它的頻率與*束激光不同。

    “長(zhǎng)期以來我們一直在使用拉曼激光，” Troccoli說。“一般來說，這種激光需要巨大而且強(qiáng)勁的外置泵浦光源來補(bǔ)償光線的在穿過某種物質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的衰減、或減弱。而在我們的研究中，泵和光線穿過的物質(zhì)是被放置到同一個(gè)設(shè)備中的。”

     這一研究小組將能量來源與拉曼物質(zhì)合并起來實(shí)際上就是創(chuàng)造了一種激光中的激光，他們的研究已經(jīng)為整個(gè)激光技術(shù)帶來了數(shù)個(gè)關(guān)鍵性的新發(fā)明。注入式激光是*個(gè)電流驅(qū)動(dòng)的拉曼激光，實(shí)際上它可以接通電源直接使用。電流在物質(zhì)的內(nèi)部產(chǎn)生一束內(nèi)部激光（泵浦光源），而這束激光反過來會(huì)產(chǎn)生拉曼激光輻射。因?yàn)楸闷止庠词亲园l(fā)輻射的，所以這種儀器的效率略高，有30%的激光泵功率能夠轉(zhuǎn)換為拉曼激光。

    “這種‘俄羅斯套娃’式的層疊設(shè)計(jì)，帶來了一個(gè)重要的物理學(xué)新發(fā)現(xiàn)，” Belyanin說，他也為撰寫那篇闡述新型設(shè)備的文章提供了理論上的支持，而且從2001年開始她就和Capasso的研究小組開始將理論付諸實(shí)施。“現(xiàn)在泵浦光源輻射的頻率能夠被調(diào)整成與介質(zhì)內(nèi)部強(qiáng)大的電子共振相同。這使拉曼激光的增益擴(kuò)大了5個(gè)數(shù)量級(jí)，這有點(diǎn)類似傳統(tǒng)的拉曼激光發(fā)射裝置，因?yàn)閺?qiáng)大的吸收作用，它們必須避免共振現(xiàn)象。

     除了更高的性能以外，這種設(shè)備的體積雖然很小，卻配備了一個(gè)高功率的沖子。

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