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美科學家開發新型激光放射儀器
點擊次數：934 發布時間：2013-10-23
日前，工程師和應用物理學家們已經為一種新的“即插即用”激光開發——拉曼注入式激光——打下基礎，同時也為整個激光技術帶來了數個關鍵性的革新。這種激光放射儀器結合了非線性光學設備和半導體注入式激光的優點，它不僅設計緊湊，而且可能有一天會在成像與探測領域得到廣泛的應用。
哈佛大學工程與應用物理學系的Mariano Troccoli, Ertugrul Cubukcu和Federico Capasso，美國德克薩斯州農工大學的 Alexey Belyanin，美國朗訊科技貝爾實驗室的Deborah L.Sivco和Alfred Y.Cho共同在2月24日的《自然》上發表了這一設備的概念模型的論證文獻。這項研究部分由德克薩斯州農工大學的電信與信息學特別研究小組資助。
傳統的拉曼激光依靠一種被稱為拉曼效應的基本物理學現象——即單色光線（例如激光）在穿過一種介質時，其頻率會發生變化。一束密集而強烈的激光發出的光線，被稱為“泵浦光源”，它能夠使某些介質的分子從原有位置偏離，使其中的一些光子失去能量。結果，第二束激光就會從介質中產生，它的頻率與*束激光不同。
“長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勁的外置泵浦光源來補償光線的在穿過某種物質時產生的衰減、或減弱。而在我們的研究中，泵和光線穿過的物質是被放置到同一個設備中的。”
這一研究小組將能量來源與拉曼物質合并起來實際上就是創造了一種激光中的激光，他們的研究已經為整個激光技術帶來了數個關鍵性的新發明。注入式激光是*個電流驅動的拉曼激光，實際上它可以接通電源直接使用。電流在物質的內部產生一束內部激光（泵浦光源），而這束激光反過來會產生拉曼激光輻射。因為泵浦光源是自發輻射的，所以這種儀器的效率略高，有30%的激光泵功率能夠轉換為拉曼激光。
“這種‘俄羅斯套娃’式的層疊設計，帶來了一個重要的物理學新發現，” Belyanin說，他也為撰寫那篇闡述新型設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施。“現在泵浦光源輻射的頻率能夠被調整成與介質內部強大的電子共振相同。這使拉曼激光的增益擴大了5個數量級，這有點類似傳統的拉曼激光發射裝置，因為強大的吸收作用，它們必須避免共振現象。
除了更高的性能以外，這種設備的體積雖然很小，卻配備了一個高功率的沖子。