新研究：普通激光器取代飞秒激光装置区分物质成分

2017-12-01 02:41

近日，《Scientific Reports》上报道了一种先进技术，通过使用激光干涉仪替代飞秒激光器来测量样本响应外部电磁场的时间。

据了解，此次新研究是由国际研究小组与莫斯科国立大学的科学家们一起开发，新研究通过分析透过样本的量化光来替代飞秒激光器和复杂的检测系统。一般的，在研究物质中的相互作用和过程中，通过使用飞秒激光产生飞秒单位时间测量样本响应外部电磁场时间，用外部电磁场的时间来区分物质成分。

然而在测量样本响应外部电磁场的时间研究中，研究设备的价格过于昂贵。如果激光器只是一个低单脉冲能量的超快振荡器，十几万到几十万完全可以买到。但如果是高单脉冲能量的超快放大激光器，那成本就高了，比如飞秒放大器（需包括飞秒振荡器，展宽器，放大器，压缩器），两三百万属平均水平，这只是单纯的激光器价格。在测量样本响应外部电磁场时间中，除了激光器，还有复杂的检测系统，整体研究设备过于昂贵。并且，研究所用的产生飞秒单位时间飞秒激光器在实验过程中，由于激光器本身较高的功率，还有可能毁害测量样本。

图为莫斯科国立大学研发的干涉仪。援引：Elizaveta Melik-Gaikazyan

该研究中，研究人员使用普通激光器产生单光子来研究样本。通过搭建一个简单的干涉仪组成，可以准确测量光的干涉。在组合光路中，非线性晶体位于激光路径上。晶体中产生的一对纠缠光子以一定角度飞离。量子纠缠由两个或两个以上的独立粒子组成, 它们的物理性质相互关联, 以致无法独立描述每个粒子的量子态。所以，研究人员将测试样本放置在干涉仪的一个臂内。使纠缠对中的一个光子穿过它并撞击分束器，在那里它遇到穿过第二臂的另一个光子。光子落在两个探测器中的一个, 它们对单个光子产生反应。这样可以构建一个环路——如果两个光子都进入相同的检测器，偶然性为零；如果他们去了不同的探测器，偶然性为一。当两臂之间的延迟变得完全相同时，将发生量子干涉，即偶然性完全消失，因为光子永远不会同时落在两个探测器上。

如果样本设置在光子路径中，量子干涉的模式将开始改变。在这种情况下，进入分离器的纠缠光子对比没有样本的情况下变得不那么“一致”。因此两个探测器上的光子接收统计量发生了变化，通过统计变化，研究人员可以判断所研究物质中相互作用的性质。

研究人员表示，这种分析未知物质的新方法可用于化学、生物学和材料科学。并且在创建量子计算机时，或者在尝试了解如何在信息技术中使用量子光时，这可能是一项非常有用的技术。