首臺可在室溫下工作的微波激射器研制成功
2012-08-25 22:41:03 本站原創(chuàng)英國《自然》雜志8月16日(北京時(shí)間)報(bào)道，英國科學(xué)家成功研制出首臺可在室溫下運(yùn)行的微波激射器(maser)，為其能夠像自己的“兄弟”——激光器一樣被廣泛應(yīng)用鋪平了道路，甚至有望給通信和空間探索領(lǐng)域帶來革新。
事實(shí)上，世界上第一臺微波激射器早在50多年前就已經(jīng)問世了，但早期的微波激射器大小如衣柜，卻只能產(chǎn)生幾納瓦的能量。工作原理相同的激光器后來居上，如今牢牢把持著江山，微波激射器應(yīng)用則僅限于增強(qiáng)航天器從遙遠(yuǎn)太空發(fā)射的無線電信號。原因很簡單，傳統(tǒng)的微波激射技術(shù)需要利用紅寶石等硬質(zhì)無機(jī)晶體來放大微波，工作條件極為苛刻：要么由特制的真空室和泵來產(chǎn)生極低的壓力，要么用特殊的冰箱來提供溫度接近于絕對零度(零下273.15攝氏度)的冷凍環(huán)境;此外，強(qiáng)磁場也是必不可少的，而這離不開巨型磁鐵。
現(xiàn)在，英國國家物理實(shí)驗(yàn)室和倫敦帝國學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)所展示的最新微波激射器，不僅能在室溫下工作，而且無需外加磁場。這項(xiàng)突破意味著微波激射器的生產(chǎn)和運(yùn)行成本都可被大大降低，使其可像激光技術(shù)一樣廣泛應(yīng)用，比如制造靈敏度更高的醫(yī)用掃描器械和遠(yuǎn)程探測爆炸物的化學(xué)傳感器，開發(fā)量子計(jì)算機(jī)所用的低噪音讀出機(jī)制以及更高效的射電望遠(yuǎn)鏡以探測外星生命。
研究人員采用了一種完全不同類型的晶體——摻雜了并五苯的對三聯(lián)苯來取代紅寶石。并五苯摻雜物使原本無色的對三聯(lián)苯晶體透出了強(qiáng)烈的淡粉紅色，看上去就像紅寶石一樣，大小也不過幾厘米。他們用一臺舊式醫(yī)用激光器將并五苯分子激發(fā)到亞穩(wěn)態(tài)能級，然后一道微波穿過晶體，分子受激后，釋放出了同樣波長的微波束。研究論文作者之一、英國國家物理實(shí)驗(yàn)室物理學(xué)家馬克·奧克斯博羅說，發(fā)出的信號強(qiáng)度幾乎是現(xiàn)有微波激射器的1億倍。
目前，研究人員面臨兩大挑戰(zhàn)：一是讓微波激射器能夠連續(xù)工作，因?yàn)樗看沃荒茉?秒鐘內(nèi)以脈沖模式發(fā)射;二是力爭擴(kuò)大微波頻率范圍，這將使該技術(shù)具有更大的應(yīng)用潛力。
從長遠(yuǎn)來看，研究團(tuán)隊(duì)還有諸多其他目標(biāo)需要達(dá)成，包括篩選出能在室溫條件下激射微波但比摻雜并五苯的對三聯(lián)苯晶體消耗更少能量的其他材料，設(shè)計(jì)更小型化、更便攜的微波激射器等。
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