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 军事资讯     |      2020-01-03

[据今日科学网站2018年10月23日报道] 在随机激光器中,发射自很多方向的光子被一束照射光引导进入液晶介质中。因此随机激光器不需要传统激光器中的大型镜子结构。

在过去的半个世纪里,激光技术已经发展成为一个价值数十亿美元的全球产业。从光驱和条形码扫描仪到外科医疗和焊接设备等各个领域,都可以看到它的应用。更不用提那些供你娱乐的激光笔了。

现在激光器正准备往前迈出一步:美国凯斯西储大学的研究人员与世界各地的合作伙伴已经能够通过施加外部电压来控制激光器输出光束的方向。在过去15年左右的时间里,这是科学家们首次试验他们口中的“随机激光器”。

凯斯西储大学先进材料表面学院研究员、教授Giuseppe Strangi说:“虽然我们还有很长的路要走,但是我们现在已经证明了晶体管随机激光器的发射可以通过施加外部偏压去实现路由和控制。”

最近,领导这项研究的Strangi和他的合作者在Nature Communications杂志上发表了一篇论文,里面概述了他们的发现。 该项目由芬兰国家科学院资助,旨在克服第二代激光器固有的某些物理限制。

激光器的成功和限制因素。

激光技术发展迅速。其作为独特的光源已经彻底改变了现代生活中的很多领域,包括电信、生物医学和测量技术。

但激光技术的发展也因其显著的缺点而受阻:用户需要通过移动器件进而移动激光的方向,并且激光器需要精确的对准元件,这增加了其生产成本。

这些限制因素很快就会被消除:Strangi和意大利、芬兰、英国的合作伙伴最近展示了一种新的方法来产生和操纵随机激光,这种方法在纳米尺度也没问题。

Strangi说:“以后,这个技术可以帮助医疗技术变得更准确,更少侵害身体,减少通过翻转表盘重新布置光纤通信链路这样繁琐的程序。”

随机激光器将会变得更好

那么激光器到底是如何工作的呢?

传统的激光器都有一个光学腔或者开口。在这个腔里,有发光和放大光的光致发光材料,以及一对镜子。镜子使光在腔内以特定的频率来回反射,进而产生我们看到的红色激光束。

他问:“但是,如果我们想要将它小型化并摆脱镜子,在纳米尺度,制造一个没有腔体的激光器呢?”之后,他说:“这是一个实实在在的问题,也是我们不能在本世纪之前进一步发展随机激光器的原因。”

因此,随机激光器的研究历史为15年,它与1960年首次公开的传统激光器不同,主要表现在随机激光器不依赖于镜子形成的腔体。

在随机激光器中,发射自很多方向的光子被一束照射光引导进入液晶介质中。因此随机激光器不需要传统激光器中的大型镜子结构。

Strangi和研究人员将由此产生的波称为“孤子”,孤子作为散射光子跟随的通道,处于一个有序和集中的路径中。

Strangi说:“为了了解其实如何工作的,我们可以设想一个轻粒子版的“孤立波”,当河流和海洋潮汐在某些河口相撞时,冲浪者可以在里面遨游。”

最后,研究者们通过给液晶加一个电信号,去“操控”激光。这取代了之前移动整个激光器的做法。”

Strangi说:“这是该团队的重大发展。”

Strangi说:“因为弱信号控制着强大的信号输出,所以我们将其称之为晶体管。激光和晶体管是上个世纪改变世界的两项领先技术,现在我们发现它们在同一物理系统中又交织在了一起。”

研究人员相信,他们的研究成果将推进随机激光在光谱学上的实际应用,还可以用在各种形式的扫描和生物医学程序。

该项目的其他研究人员包括:来自芬兰坦佩雷的坦佩雷理工大学的SreekanthPerumbilavil、Raouf Barboza和MarttiKauranen;罗马的罗马大学非线性光学和光电子实验室的Armando Piccardi;Gaetano Assanto负责协调芬兰和意大利大学的研究;还有英国南安普顿大学光电子研究中心的Oleksandr Buchnev。