新型量子级联红外激光器

时间:2020-11-27 11:09来源:快资讯作者:xuji 点击:
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摘要:普通的固态激光器,如激光笔中所用的那种,是在可见光范围内产生光。然而,对于许多应用,例如分子探测,需要中红外辐射。这种红外激光器的制造难度要大得多,尤其是当激光辐射需要以极短、强烈的脉冲形式存在时。 在哈佛大学已经实现了这样一种简单的激光脉冲产生方法。这项新技术不需要大的实验装置;它可以很容易地小型化,因此在实际应用中特别有趣。新的研

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普通的固态激光器,如激光笔中所用的那种,是在可见光范围内产生光。然而,对于许多应用,例如分子探测,需要中红外辐射。这种红外激光器的制造难度要大得多,尤其是当激光辐射需要以极短、强烈的脉冲形式存在时。

在哈佛大学已经实现了这样一种简单的激光脉冲产生方法。这项新技术不需要大的实验装置;它可以很容易地小型化,因此在实际应用中特别有趣。新的研究结果已经发表在《自然通讯Nature Communications》杂志上。

频率梳

“我们用在维也纳技术大学超现代纳米中心制造量子级联激光器产生中红外范围的激光,”该研究的第一作者、奥地利维也纳技术大学固体电子研究所的Johannes Hillbrand说。“在普通固态激光器中,发射的光的类型取决于材料中的原子,而在量子级联激光器中,纳米范围内的微小结构至关重要。通过适当地设计这些结构,可以精确地调整光的波长。”

“我们的量子级联激光器不只是提供单一颜色的光,而是一系列不同的频率,”助理教授Benedikt Schwarz说,他领导了他的欧洲研究委员会资助项目的研究工作。“这些频率的排列非常有规律,它们之间的距离总是相同的,就像梳齿一样。因此,这种频谱被称为频率梳。”

光就像钟摆

然而,不仅是这种量子级联激光器发射的频率起决定作用,而且是相应光波振荡的相位。“你可以把它比作两个用橡皮筋连接起来的钟摆,”Johannes Hillbrand解释道,“它们可以前后摆动,完全平行,也可以相反,这样它们要么朝对方摆动,要么远离对方。这两种振动模式的频率略有不同。”

它与由不同波长组成的激光非常相似:频率梳中的单个光波可以精确同步振荡,然后以最佳方式相互叠加,可以产生短而强的激光脉冲。或者在它们的振荡之间会有偏移,在这种情况下,不会产生脉冲,而是产生几乎连续强度的激光。

光调制器

“在量子级联激光器中,以前很难在这两种变体之间来回切换,”Johannes Hillbrand说,“然而,我们在我们的量子级联激光器中制造了一个微小的调制器,光波一次又一次地经过。根据电压的频率和强度,激光可以激发不同的光振荡。”

Benedikt Schwarz说:“如果你以正确的频率驱动这个调制器,你就可以实现频率梳的不同频率完全同步振荡。这使得将这些频率组合成每秒超过120亿次的短而强的激光脉冲成为可能。”

半导体激光器以前不可能实现对短红外激光脉冲的这种控制。类似类型的光之前最多只能用非常昂贵和有损的方法产生。“我们的技术具有决定性的优势,它可以小型化,”Benedikt Schwarz强调说,“例如,人们可以用它来制造紧凑的测量仪器,使用这些特殊的激光束来搜索气体样本中非常特殊的分子。由于激光脉冲的高光强度,同时利用两个光子实现测量也是可能的。”

来源:https://phys.org/news/2020-11-infrared-molecules.html

【光粒网综合报道】( 责任编辑:xuji )
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