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)，同時也為整個激光技術(shù)帶來了數(shù)個關(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，它不僅設(shè)計緊湊，而且可能有一天會在成像與探測領(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，美國德克薩斯州農(nóng)工大學(xué)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(fā)表了這一設(shè)備的概念模型的論證文獻。這項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，其頻率會發(fā)生變化。一束密集而強烈的激光發(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，第二束激光就會從介質(zhì)中產(chǎn)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(zhì)時產(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)為整個激光技術(shù)帶來了數(shù)個關(guān)鍵性的新發(fā)明。注入式激光是*個電流驅(qū)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(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產(chǎn)生拉曼激光輻射。因為泵浦光源是自發(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，帶來了一個重要的物理學(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)部強大的電子共振相同。這使拉曼激光的增益擴大了5個數(shù)量級，這有點類似傳統(tǒng)的拉曼激光發(fā)射裝置，因為強大的吸收作用，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，卻配備了一個高功率的沖子。

美科學(xué)家開發(fā)新型激光放射儀器