導(dǎo)讀

據(jù)美國羅切斯特理工學(xué)院官網(wǎng)近日報道，該校以及羅切斯特大學(xué)的科研人員們合作開出一種新型聲子激光器，它有望應(yīng)用于傳感、信息處理以及量子物理研究。

背景

與普通光源相比，激光具有單色性好，亮度高，方向性好等優(yōu)勢，因此也稱為“最快的刀”、“最準(zhǔn)的尺”、“最亮的光”。激光是20世紀(jì)人類的重大發(fā)明之一。


激光，是由原子受激輻射產(chǎn)生的光。原子中的電子吸收能量后從低能級躍遷到高能級，再從高能級回落到低能級的時候，能量以光子的形式被釋放出來，被激發(fā)出來的光束中的光子光學(xué)特性高度一致。

1960年，美國加利福尼亞州休斯實驗室的科學(xué)家梅曼宣布世界上第一臺激光器誕生。從那時起，光學(xué)激光器逐步成長為一個100億美元的全球技術(shù)市場。

2018年，美國科學(xué)家亞瑟·阿斯金（Arthur Ashkin）、法國科學(xué)家杰哈·莫羅（Gérard Mourou）、加拿大科學(xué)家唐娜·斯特里克蘭（Donna Strickland）因?qū)す馕锢眍I(lǐng)域做出的杰出貢獻(xiàn)共同獲得了諾貝物理獎。

其中，亞瑟·阿斯金的貢獻(xiàn)為“發(fā)明了一種光學(xué)鑷子”，它可以用來捕獲粒子、原子、病毒和其他活細(xì)胞；杰哈·莫羅和唐娜·斯特里克蘭的貢獻(xiàn)為“產(chǎn)生高密度超短光學(xué)脈沖的方法“。

創(chuàng)新

近日，美國羅切斯特理工學(xué)院（RIT）與羅切斯特大學(xué)的科研人員們合作創(chuàng)造出一種不同類型的激光器：聲子激光器，它采用了阿斯金發(fā)明的光學(xué)鑷子技術(shù)。相關(guān)論文發(fā)表在最新一期的《自然光子學(xué)（Nature Photonics）》期刊上。


技術(shù)

在論文中，研究人員們提議并展示了一種聲子激光器，它采用了光學(xué)懸浮的納米粒子。聲子，是與聲波及光鑷相關(guān)的能量量子，它可以孤立地測試量子效應(yīng)的極限，并消除來自周圍環(huán)境的物理干擾。研究人員們研究了納米粒子的機(jī)械振動。這些納米粒子可在激光束焦點處的輻射力作用下，形成一種反重力的懸浮狀態(tài)。

羅切斯特理工學(xué)院物理系副教授、理論量子光學(xué)研究員 Mishkat Bhattacharya 表示：“通過探測納米粒子散射的光線，來測量納米顆粒的位置，并將這些信息反饋到鑷子光束中，我們就可以創(chuàng)造出類似激光的情況。這種機(jī)械振動變得很強(qiáng)烈，并且形成完美的同步，就像光學(xué)激光器中發(fā)出的電磁波一樣?！?br />


因為激光器中發(fā)出的光波是同步的，所以波束可長距離傳播，而不會向四面八方擴(kuò)散，這與太陽或燈泡發(fā)出的光線不同。在標(biāo)準(zhǔn)的光學(xué)激光器中，光的輸出特性是由制作激光器的材料控制的。有意思的是，在聲子激光器中，光線和物質(zhì)的角色反轉(zhuǎn)了過來，材料粒子的運(yùn)動受到光學(xué)反饋的控制。

價值

Bhattacharya 表示：“我們對于這個設(shè)備應(yīng)用前景感到非常振奮，特別是在傳感與信息處理方面，因為光學(xué)激光器有著許多應(yīng)用場景，而且應(yīng)用場景仍在不斷擴(kuò)展?！彼脖硎荆曌蛹す馄饔欣诨A(chǔ)量子物理的研究，包括著名的思想實驗薛定諤的貓，這只貓可以同時處于死與活的疊加態(tài)。

關(guān)鍵字

激光、量子物理、聲子

參考資料

【1】Robert M. Pettit, Wenchao Ge, P. Kumar, Danika R. Luntz-Martin, Justin T. Schultz, Levi P. Neukirch, M. Bhattacharya, A. Nick Vamivakas. An optical tweezer phonon laser. Nature Photonics, 2019; DOI: 10.1038/s41566-019-0395-5