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太赫茲區域中包含波長寬光譜的聚焦光

2016-12-28 來源:太赫茲研發網 作者:余鄭璟博士編譯 字號:

從左到右分別是:Karl Unterrainer、Sebastian Schönhuber、Michael Krall 、Stefan Rotter

所屬院校: 維也納科技大學(Vienna University of Technology)

創造太赫茲輻射雖不容易,但卻及其有用。例如:它可以用來制造探測某種物質的化學傳感器。為了這一目標,太赫茲光波必須滿足兩個重要的要求:其一是太赫茲光束一定要能精準聚焦,這與普通激光截然相反。其二是它必須具備波長寬光譜。將這兩項看似矛盾的需求在同一臺設備中集中體現,在今天之前都可以說還沒能真正實現。維也納科技大學的科學家采用非同尋常的方法,成功的展示了具有精準聚焦光束和寬光譜的太赫茲激光:他們創造出活躍激光介質中隨意定位孔內激光。

內置隨機性激光

“在我們的實驗室里有兩種完全不同的激光,僅憑第一印象仿佛它們完全沒有關系。”其中一位研究人員Sebastian Schönhuber表示,“一方面我們制造了量子級聯激光器(QCL), 另一方面我們也專注隨機激光。”

對于QCL的研究在維也納科技大學已進行多年。其激光器包括了結構精巧縝密的薄型半導體層。通過調節半導體層系統的屬性,便可選擇其發射光的不同波長。但是,這些QCL所發射激光通常都不會朝向同一方向,而且激光的光錐也非常散大。想要將這些激光聚焦,形成一道狹窄光束幾乎是不可能完成的任務。

采用所謂的“隨機激光器”,這一在激光技術中完全不同的新概念,科學家們同樣面臨類似挑戰:“隨機激光器”通常也包括了粉狀和液態狀物質,因此所發射光束會經過一次又一次的隨機散射,”研究人員之一Stefan Rotter解釋到,光波通過激光器傳播,其路徑復雜、無序、且無法預測。其結果便是所發射激光的波長不同,方向也不同。

帶微孔的隨機激光器

設計院校: 維也納科技大學(Vienna University of Technology)

隨機孔洞,如同瑞士奶酪

維也納科技大學的物理學家與電氣工程師通力合作,將兩種不同類型的激光器結合在一起。針對QCL,在隨機選取的位置上鉆孔,將其轉化成為隨機激光器。最后的結果開始非常令人吃驚: 隨機的孔洞所引導出的光束聚焦精準、筆直向上。

“開始,很難解釋這一現象,”研究人員Martin Brandstette解釋到,“真正的原因就是不同的波長最終疊加后形成一道光束。某些頻率的發射方向可能不同,但是如果我們看看所有頻率組合的總強度,幾乎所有的光線都是朝鉆孔的方向輻射的。”

這就意味著,一種新型的激光器現在首次問世了,它可以發射具有明確方向的寬帶太赫茲輻射——這是隨機激光應用到人類日常生活科技中的重要一步。維也納科技大學的科學家下一步研究方向是繼續深入:“我們想達到更大的光譜帶寬。這應該可以開啟光譜領域與太赫茲輻射中更多新型與潛在應用的大門。”研究人員Sebastian Schönhuber補充到。

隨機激光器的輻射沒有四處發散,而是筆直向上。

設計院校: 維也納科技大學(Vienna University of Technology)

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