美科学家开发激光放射仪器

美科学家开发激光放射仪器

日前，工程师和应用物理学家们已经为一种新的“即插即用”激光开发——拉曼注入式激光——打下基础，同时也为整个激光技术带来了数个关键性的革新。这种激光放射仪器结合了非线性光学设备和半导体注入式激光的优点，它不仅设计紧凑，而且可能有一天会在成像与探测领域得到广泛的应用。

哈佛大学工程与应用物理学系的Mariano Troccoli, Ertugrul Cubukcu和Federico Capasso，美国德克萨斯州农工大学的 Alexey Belyanin，美国朗讯科技贝尔实验室的Deborah L.Sivco和Alfred Y.Cho共同在2月24日的《自然》上发表了这一设备的概念模型的论证文献。这项研究部分由德克萨斯州农工大学的电信与信息学特别研究小组资助。

传统的拉曼激光依靠一种被称为拉曼效应的基本物理学现象——即单色光线（例如激光）在穿过一种介质时，其频率会发生变化。一束密集而强烈的激光发出的光线，被称为“泵浦光源”，它能够使某些介质的分子从原有位置偏离，使其中的一些光子失去能量。结果，第二束激光就会从介质中产生，它的频率与一束激光不同。

“长期以来我们一直在使用拉曼激光，” Troccoli说。“一般来说，这种激光需要巨大而且强劲的外置泵浦光源来补偿光线的在穿过某种物质时产生的衰减、或减弱。而在我们的研究中，泵和光线穿过的物质是被放置到同一个设备中的。”

这一研究小组将能量来源与拉曼物质合并起来实际上就是创造了一种激光中的激光，他们的研究已经为整个激光技术带来了数个关键性的新发明。注入式激光是一个电流驱动的拉曼激光，实际上它可以接通电源直接使用。电流在物质的内部产生一束内部激光（泵浦光源），而这束激光反过来会产生拉曼激光辐射。因为泵浦光源是自发辐射的，所以这种仪器的效率略高，有30%的激光泵功率能够转换为拉曼激光。

“这种‘俄罗斯套娃’式的层叠设计，带来了一个重要的物理学新发现，” Belyanin说，他也为撰写那篇阐述设备的文章提供了理论上的支持，而且从2001年开始她就和Capasso的研究小组开始将理论付诸实施。“现在泵浦光源辐射的频率能够被调整成与介质内部强大的电子共振相同。这使拉曼激光的增益扩大了5个数量级，这有点类似传统的拉曼激光发射装置，因为强大的吸收作用，它们必须避免共振现象。

除了更高的性能以外，这种设备的体积虽然很小，却配备了一个高功率的冲子。
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