【前沿】激光冷却技术发展历程及最新进展浅析

2013-02-25 10:27

　　二、激光冷却技术相关进展

　　1、激光冷却改善氮化镓（gallium-nitride）性能

　　美国里海大学电子与计算机工程教授Yujie Ding表示，激光冷却将改善氮化镓（gallium-nitride）性能，氮化镓是继硅之后的又一重要的半导体材料。

　　光子--光能量的单位--他们穿出和进入物体时，通常保持相同的动能和波长。拉曼（Raman）散射，是以Chandrasekhara Venkata Raman命名的，他是1930年诺贝尔物理学奖获得者，提出少部分散射光子的动能、波长和频率不同于入射光子。

　　当光子频率降低时，它被命名为斯托克斯散射，以纪念乔治·斯托克斯爵士，他是19世纪英国物理学家和数学家。当光子频率升高时，它被称为反斯托克斯散射。

　　Ding表示，斯托克斯散射与反斯托克斯散射的比率通常是35：1。科学家们希望将这一比率降低为1：1，这样当物体受到光线照射时既不会被加热也不会被冷却；甚至更进一步，当物体受到光线照射时，反斯托克斯散射能够多于斯托克斯散射，那么物体会散发能量并加热本身。

Yujie Ding

　　Ding和Khurgin，正研究氮化镓(GaN)，已经成功地将反斯托克斯散射与斯托克斯散射的比率降低到2：1。氮化镓，被认为是继硅之后最重要的半导体材料，被用于发光二极管(LEDs)和激光二极管。其他可能的应用包括：能在高温下运行的高频大功率晶体管，供卫星使用的太阳能电池，生化传感器，还因其具有相对的生物相容性，能够作为电子芯片植入人体。

　　氮化镓激光冷却技术可以帮助科学家观察异常的量子效应，通过提高晶体管电子迁移率 (HEMTs)使得卫星免受有害紫外线伤害。

　　"我们是目前在常温下使斯托克斯散射/反斯托克斯散射之比由35：1降到2：1唯一小组，"Ding说。"我们利用了斯托克斯散射和反斯托克斯散射不同的共振行为实现这一成果。"

　　Ding说，目前研究人员将掺杂物添加到某晶体材料的晶格里面，实现了激光冷却技术。但部分冷却的晶格，实际上只是整个晶格十分微小的一部分。如果能够实现恰当的斯托克斯散射与反斯托克斯的比率，那么氮化镓晶格的每个原子都会被冷却，会有助于实现冷却效果。

　　下一步计划就是制造一个光学共振器。

　　"我们一直想知道的是，究竟是什么限制了斯托克斯散射与反斯托克斯散射的比率，以及其比率达到1；1甚至更小是否具有可行性，"Ding说。

　　"我们想用实验得出，光学共振器是如何影响这一比率的。为此，我们已经做好了理论上的准备。我们会在纳米线或其他奈米结构中进行实验，来展示这个比率是如何受结构影响的。"