【盘点】2013年度“十大”新颖激光器

2013-12-05 00:01

　　输入激光可激发硅晶体中的原子产生波长稍长的脉冲激光。不像DVD播放机中的激光二极管，此项研究建立了迄今被认为不可能实现的小型固体X射线激光器。一方面，用于激发激光介质所需的能量过高。另一方面，激励必须是在高强度下，而这不可能在一个小型设备中实现。由于这个原因，X射线激光器通常都是基于粒子加速器的大型设备。加速器中的高能电子已接近光速，再被紧密排列的强磁场阻拦减速，在每个转折处发射出X射线，累加起来即可发出激光脉冲，这就是自由电子激光器（FEL）的发光原理。

　　研究人员利用DESY的脉冲自由电子激光器使硅晶体发射X射线。FLASH脉冲的能量足够高，可在紧密结合的硅原子电子壳层中激发出电子，使原子变成离子。很快，这个电子空穴就被相对弱的束缚电子填充，使其能量降低。原则上，通过这个步骤释放的能量足以产生小的X射线脉冲。虽然，发出的X射线很弱，多数情况下它会被传递到另一个电子上，并使其突破原子壳。在此高能量下，这种“螺旋过程”产生了比发射脉冲更高的频率，使其处于传统激光器几乎不能达到的X射线区域。若在材料研究中使用传统的强X射线脉冲，产生的电子将使样品温度大幅升高，从而被迅速破坏。

　　详情阅读：全球首款基于固体的X射线激光器研制成功

　　5、超辐射激光器

　　国天体物理联合实验室(JILA)的物理学家采用定向天线概念并用于量子领域，发明出了这台超辐射光学泵浦的深红发光激光器。激光器光束输出波长的稳定性比传统最优质的可见光波段激光器高100～1000倍，而这种波长可以应用在通信、航海、原子钟和基于太空引力波探测的多个领域。JILA是NIST和科罗拉多大学博尔德分校的联合研究院。

　　在超辐射领域，增益介质裸露的原子线宽比腔的线宽要小得多。JILA研制的激光器包括一百万个铷原子偶极子。在激光器运行时，激光腔内平均只有两个光子，这两个光子把原子偶极子从周围环境(包括腔镜振荡)中隔离出来，导致新型激光器的线宽比传统激光器量子极限下的线宽还缩短了至少10000多倍，而传统激光器的腔线宽仅仅比裸露原子线宽短一点而已。

　　在腔内，每次只需要0.2个光子就足以维持电场振荡，和偶极子保持同步性；几乎全部的光子在被腔镜捕获或者被同步原子干扰之前，就已经逃逸，因而可以避免在传统激光器中激光频率漂移的情况发生。

　　根据JILA/ NIST的物理学家詹姆斯.汤普森的说法，尽管通常铷原子每秒发出一个光子，但是铷原子的一些附带变化使得光子速率提高1000倍，具有超辐射性。这种“受激发射”符合产生激光的条件(即光的受激辐射放大)。

　　尽管发出的光有些暗 (比激光棒要暗100万倍)，但从超辐射激光器中射出的光能够锁定另一台普通激光的功率输出，将其稳定性转移到其他的激光器。而那股明亮的激光很可能比现今最稳定的激光光束还要稳定100～1000倍，这种光可以应用于最先进的原子钟。

　　详情阅读：JILA开发出一种新型超辐射激光器