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连续波激射器是第一个在室温下运行的

03 Nov 2017
机场安检扫描仪的照片
坦率的摄像头:有一天可能会在安全扫描仪中使用masers

英国的研究人员创建了第一个在室温下工作的连续波固态脉冲。基于钻石的设备可能会导致无需低温冷却的超灵敏微波放大器的发展。这样的设备可能具有广泛的应用,包括安全扫描和医学成像。

激射器实质上是激光器的微波版本。它先于激光,对激光的发展也至关重要。然而,尽管激光技术已经从电信到工业切割带来了革命性的变化,但是激射器的苛刻工作条件限制了它们的实际使用。

最初的微波激射器(于1958年发明)是基于真空室内原子或分子的微波跃迁而建立的。真空要求使这些设备体积庞大,并且功率非常低。 1960年,固态微波激射器的发展取得了显着进步,固态微波激射器使用低温冷却的红宝石晶体作为腔体。尽管微波激射器在射电望远镜和原子钟中很有用,但在非常低的温度下运行的需求使它们不适用于日常技术,例如机场人体扫描仪。

太烫手了

在2012年, 马克·奥克斯波罗 国家物理实验室和 乔纳森·布雷兹 尼尔·阿尔福德 伦敦帝国理工学院的 新maser方案 其中,一种柔软的聚合物(掺有并五苯的对三联苯)被光学激光泵浦。它可以在室温下工作,但是有一个问题:他们的设备只能在脉冲状态下工作,而许多微波激射器应用(例如微波探测器)则需要连续波工作。此外,对三联苯的导热性很差,这将限制其散发无辐射衰变过程不可避免产生的热量的能力,其熔点仅为230°C。因此,即使有机激射器可以连续运行,这种操作也可能迅速损坏设备。

现在,Breeze,Alford和帝国理工学院的同事已经在由浸渍有负电荷氮空位(NV)的人造金刚石制成的刻蚀腔中实施了类似方案)中心。金刚石是理想的介质,因为它具有任何材料中最高的记录导热率。

激光泵浦将电子驱动到激发态,该激发态迅速衰减到电子基态的三个自旋子能级之一。通过对NV施加适度的磁场 中心,研究人员操纵了各个级别’能量使得电子最常衰减到的状态高于另一个子能级。这允许激光泵浦在底部两个子级别之间产生总体反转,从而产生大量发射。两个子级之间的能量差以及主频率可以通过磁场进行调整。系统’稳定的稳定性使研究人员能够连续运行maser长达10小时,而其输出却不会降低。

克服挑战

研究人员无法说话 物理世界 关于它的工作的信息,因为它已按照禁运政策提交给期刊。然而, 保利·凯海耶斯(Pauli Kehayias) 美国哈佛大学的研究人员对此研究充满热情。“作为一名博士生,我为之前的工作而感到兴奋,” he says, “我考虑过是否有可能使用NV金刚石磨具,但在意识到技术挑战和其他缺点后不愿这样做。我很高兴看到NV金刚石maser确实有效!”

maser描述为 预印本arXiv 服务器。

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