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微波激射器室温下能有效工作

导读: 他们用一台旧式医用激光器将并五苯分子激发到亚稳态能级,然后一道微波穿过晶体,分子受激后,释放出了同样波长的微波束。

  近日,英国科学家成功研制出首台可在室温下运行的微波激射器(maser),为其能够像自己的“兄弟”——激光器一样被广泛应用铺平了道路,甚至有望给通信和空间探索领域带来革新。

  事实上,世界上第一台微波激射器早在50多年前就已经问世了,但早期的微波激射器大小如衣柜,却只能产生几纳瓦的能量。工作原理相同的激光器后来居上,如今牢牢把持着江山,微波激射器应用则仅限于增强航天器从遥远太空发射的无线电信号。原因很简单,传统的微波激射技术需要利用红宝石等硬质无机晶体来放大微波,工作条件极为苛刻:要么由特制的真空室和泵来产生极低的压力,要么用特殊的冰箱来提供温度接近于绝对零度(零下273.15摄氏度)的冷冻环境;此外,强磁场也是必不可少的,而这离不开巨型磁铁。

  现在,英国国家物理实验室和伦敦帝国学院的研究团队所展示的最新微波激射器,不仅能在室温下工作,而且无需外加磁场。这项突破意味着微波激射器的生产和运行成本都可被大大降低,使其可像激光技术一样广泛应用,比如制造灵敏度更高的医用扫描器械和远程探测爆炸物的化学传感器,开发量子计算机所用的低噪音读出机制以及更高效的射电望远镜以探测外星生命。

  研究人员采用了一种完全不同类型的晶体——掺杂了并五苯的对三联苯来取代红宝石。并五苯掺杂物使原本无色的对三联苯晶体透出了强烈的淡粉红色,看上去就像红宝石一样,大小也不过几厘米。他们用一台旧式医用激光器将并五苯分子激发到亚稳态能级,然后一道微波穿过晶体,分子受激后,释放出了同样波长的微波束。研究论文作者之一、英国国家物理实验室物理学家马克·奥克斯博罗说,发出的信号强度几乎是现有微波激射器的1亿倍。

  目前,研究人员面临两大挑战:一是让微波激射器能够连续工作,因为它每次只能在1秒钟内以脉冲模式发射;二是力争扩大微波频率范围,这将使该技术具有更大的应用潜力。

  从长远来看,研究团队还有诸多其他目标需要达成,包括筛选出能在室温条件下激射微波但比掺杂并五苯的对三联苯晶体消耗更少能量的其他材料,设计更小型化、更便携的微波激射器等。

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