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导读: 2016十大新型激光器有哪些?激光是20世纪以来的“四大发明”之一,下面就来盘点2016年十大“新型激光器”,共同感受激光领域探索和发现的魅力。
 
 
  2016十大新型激光器有哪些?激光是20世纪以来的“四大发明”之一,被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。在激光面世的短短几十年中,经过科学界和其他业界的共同探索,激光技术取得了许多重要的进展,在科研,生物医药,加工制造等多方面的应用展示出了其巨大的潜力,然而,激光技术的未来仍然有很多未解之“迷”,这样吸引着人们不停的探索。下面就来盘点2016年十大“新型激光器”,共同感受激光领域探索和发现的魅力。
 
  1、首个基于纸基陶瓷的可控随机激光器
 
  慕尼黑工业大学(TUM)Cordt Zollfrank教授领导的团队与罗马大学的物理学家一起合作,在施特劳宾科学中心基于纤维素纸制造了第一个可控的随机激光器。基于此,该团队展示了自然产生的结构是如何可以适用于技术应用的。
 
  最新一期的《先进光学材料》出版物中介绍了一项由施特劳宾科学中心和罗马大学的联合团队完成的基础研究,据科学家Daniel Van Opdenbosch博士介绍,他们成功地将一种生物结构用作了技术性随机激光器的模板。
 
  
 
  该团队使用传统的实验室滤纸作为一个结构模板,因为其具有长纤维和稳定的结构。
 
  有两个组件是激光器必不可少的:首先,需要有进行光放大的增益介质。其次,需要有一个将光保持在介质中的结构。经典的激光器使用镜子来引导光并使光在一个单一的方向上以一种定向和均匀的方式传播。这也均匀地发生在一个随机激光器的显微结构里,但是是在不同的方向上。虽然随机激光器的发展仍处于起步阶段,但在未来,它可能会带来更低成本的生产。这是因为随机激光器具有一些优点,例如它们具有方向独立性并具有多种颜色,这里只列出了几个好处。
 
  2、世界上首个“水波”激光器
 
  技术研究人员首次证明,激光的发射可以通过光和水的波的相互作用产生。这种“水波激光”将来有一天或可以被用在与光、声和水波相结合的微小的传感器上,或作为用于研究细胞生物学和测试新药物治疗效果的微流“芯片实验室”设备的一部分。
 
  现在,水波激光器为研究人员研究光和流体相互作用情况提供了一个“操场”,而这一场地规模大小要小于人类头发的宽度,关于这项研究的研究论文,研究人员已经发表在《自然光子》杂志上。
 
  
 
  这项研究是由以色列技术学院的学生Shmuel Kaminski,Leopoldo Martin,和Shai Maayani在机械工程学院光学中心的负责人Tal Carmon教授的指导下共同研究进行。
 
  3、硅与光学活性的物质结合的微型激光器
 
  硅材料与发光半导体材料的结合有望帮助开发新的微米量级的激光器,这一研究由A*STAR Data Storage 研究所的Doris Keh——Ting Ng以及其同事共同合作研究。
 
  
 
  硅材料彻底改变了电气设备的制造形式,电子工程师想进一步扩大这些集成电路的功能,使它们能够创建、处理和检测光。这些光电器件可以加快数字信息的处理速度,并可实现微米尺度的激光器,例如可用在条形码扫描仪上。然而,问题是,硅材料并不是一个有效的光发生器。
 
  Ng的团队设计并制作了一种结合硅和可以发光的半导体材料的激光器,这种半导体材料是铟镓砷化物(InGaAsP)。团队使用了一个圆柱形的几何设备。这会把产生的一些光捕获在设备的壁上,并迫使它在气缸内传播。这被称为回音廊模式,因为同样的效果会发生在一个圆形的房间里,如圆顶大教堂中的声波。
 
  该团队一开始使用一个硅衬底,他们沉积了一层薄薄的氧化硅。具有光学活性的InGaAsP的薄膜,只有210纳米厚,是单独制造的,然后粘上氧化硅。然后,该团队通过一些材料蚀刻,以创建气缸,具有两个或三微米的直径。三微米器件发射的激光光的波长为1519纳米,这非常接近商业光通信系统中使用的波长。
 
  这个装置具有一个独特的功能,回音壁模式延伸到了硅和InGaAsP区域。InGaAsP可提供光放大,而硅可被动引导光。
 
  4、用打印机造出低成本有机激光器
 
  来自法国和匈牙利的研究人员发明了一种打印激光器的方法。它是如此的便宜、简单和高效,以至于研究人员认为,激光器的核心部件在每次使用后都可以被处理掉。该团队在美国物理联合会出版公司下属《应用物理学杂志》上报告了这一发现。
 
  sanaur团队利用喷墨式打印机,然后选定一种名为emd6415的商用喷墨,并将其同染料混合。这种喷墨以小正方形的形式被打印在石英载片上。染色后的喷墨充当了激光器的核心,被称为增益介质。其将光放大,并产生典型的狭窄、单色激光束。
 
  通过增益介质和被称为激光泵的能量源实现了将光来回反射,以保持光放大效应的持续进行。这种新型激光器可被处理掉的部分是被研究人员称为“激光产生胶囊”的增益介质。
 
  有机激光器能提供高效光子转换,具有制造简单、低成本、波长范围广等很多优势,据估测,仅用几美分便可将其生产出来。和剃须刀中可被替换的刀片一样,“激光产生胶囊”在磨损后可被轻易换掉。
 
  该研究团队利用两种不同染料,产生了从黄色到深红色的激光辐射。他们预测,其他染料能覆盖光谱的蓝色和绿色部分。
 
  5、纳米线材和色彩可调谐纳米激光器
 
  美国劳伦斯伯克利国家实验室研究员兼加利福尼亚大学伯克利分校化学教授杨培东主持的团队种新的方法,可用于制作纳米尺度的线材以及色彩可调谐的纳米级激光发生器。
 
  他们借助一种简单的化学浸渍溶剂工艺,研究人员让材料“自我组合”成纳米晶体、板材和线材。这些线材最小直径200纳米,融入多种其他材料,能够发出明亮和稳定的激光,有望应用于光电子领域,实现数据传输等应用。
 
  在激光实验中,纳米线材作为激光发生器被置于一块石英基底上,在另外一个激光发生器激发下发出光线。研究人员确认,接受单个脉冲持续时间极短(仅为1秒钟的10万万亿分之一)的可见紫色激光脉冲激发后,纳米级激光发生器发出的光线超过10亿个周期,显示出极为稳定的性能。
 
  据杨培东介绍,这是据他所知迄今为止第一个完全以无机材料、即不含碳材料制作的纳米级激光发生器。而且实验表明,这种激光器发出的光线在一定范围内可调谐,包括可见绿光和蓝光等波段。
 
  6、阿卜杜拉国王科技大学发现白光激光器
 
  可见光通信(VLC)使用未经调制的电磁频谱,且潜在更加节能的特点。VCL也提供了一种结合信息传输与照明和显示技术为一体的技术形式,就比如采用吊顶灯为笔记本电脑提供网络连接,许多这样的VLC应用需要的发光二极管(LED)产生白光。
 
  阿卜杜拉国王科技大学的研究人员开发出了一种能够迅速由蓝色生成白光的纳米晶体材料。当用一个蓝色激光照射时,纳米晶体发射绿光,而氮化物发射的红光。把这种结果结合在一起,就创造一个温暖的白光。
 
  研究人员使用一种被称为飞秒瞬态光谱的技术,对材料的光学性质进行了表征。他们能够表明,发生在铯溴化铅纳米晶体的光学过程大约为七纳秒的时间尺度上。这意味着他们可以调节发射频率为491兆赫,可能实现比使用磷要高40倍的速度,即达到二十亿比特每秒的速度传输数据。这种使用这种钙钛矿结构产生的白光激光,其质量与目前的LED技术不相上下。
 
  7、科学家开发了世界首个迷宫图样磁光调Q激光器
 
  爱荷华州立大学,丰桥技术科学大学,以及分子科学研究所的研究人员们使用了190微米厚的具有迷宫磁场范围的磁性石榴石薄膜,首次开发了一种磁光(MO)调Q激光器,并成功生成了几十纳秒的脉冲宽度的光输出。
 
  
 
  这是一个调Q激光器的磁畴运动驱动的第一次演示,也是一个综合的调Q激光器的可能性的第一个证据。该激光装置相比其他报道的可控开关要小两个数量级。
 
  通过磁性材料的制备,一个高速磁场开关的制造,和一个激光谐振腔的结构,研究者们实现了以前从未有的使用薄石榴石进行的MO 调Q开关。此外,研究人员还发现,该开关不需要大功率电源的操作,如此这种激光器的体积就按预期就可以减小很多。
 
  8、极窄波束等离子体激光器问世
 
  目前,激光器小型化的热点已经转向了纳米激光器,而等离子激光器又是纳米激光器中体积最小的。但是,如何光子从极小的腔体中发射出来。如何使发射光免于发散,这些难点都阻碍了等离子激光的实际应用。
 
  
 
  此前,库马尔团队的等离子激光器能发射目前最强的太赫兹激光,它可以被用于生物医药、分子谱分析、安检以及天文和大气科学领域。
 
  然而,太赫兹量子级联激光器同样饱受光束散焦的困扰。库马尔团队发明了一种称为分布式反馈的方法来聚焦波束,借此获得波长为100微米的长波激光。储存激光能量的谐振腔由间距10微米的两块金属板组成,长、宽、高分别为10微米、100微米和1400微米。该系统的太赫兹激光波束宽度只有4度乘4度,是目前波束最窄的太赫兹激光。
 
  库马尔在该项目上花费了4年的时间,最近他和他的团队成员——电子工程系博士生吴重兆(Chongzhao Wu,音译)、苏迪普·卡纳尔(Sudeep Khanal)和新墨西哥桑迪亚国家实验室纳米集成技术中心的约翰·L·雷诺(John L. Reno)在美国光学协会的《光学》(Optica)期刊发表了文章《极窄波束太赫兹等离子激光器》。
 
  库马尔团队的分布式反馈技术具有2个特点。首先,将相控阵技术引入激光器是一项显著的技术突破,因为其不同于固体激光器通常使用的反馈控制技术。该技术有助于帮助等离子体激光器,特别是太赫兹量子级联激光器获得窄波束,进而扫清商业化的障碍。
 
  9、堪萨斯州立大学研发新型激光器
 
  由包括堪萨斯州立大学的物理研究人员,艺术与科学学院的物理学副教授Brian Washburn和Kristan Corwin在内的一个团队开发了一类新的激光器,这些节能的激光器具有便携性,可以产生那些难以达到的波长的光,并且具有扩展到高功率的潜力。
 
  该激光器可以帮助科学家测量与遥远的目标之间的距离,确定在大气中存在的某些气体和从太空中发送回来地球的图像。
 
  新的激光器是基于光纤的,并利用各种分子气体来产生激光。它们不同于传统的大而笨重并有镜子来反射光的玻璃管激光器。这个新型激光器是用一种具有蜂窝结构的空芯光纤来储存气体和传导光线。这种光纤充满了分子气体,如氰化氢或乙炔。另一个激光器用来激发这些气体,使被激发的气体中的一个分子自发发光。然后该气体中的其它分子很快就跟在后面一起发光,从而产生激光。
 
  10、科学家在硅片上直接制备砷化镓激光器
 
  通过在硅基片上设计和构造纳米级模式可以限制晶格失配瑕疵,从而使得硅基片砷化镓模式接近零瑕疵,量子点的电子量子限域效应增长使得产生激光成为可能,这是香港科技大学Kei May Lau教授在《应用物理学报》上刊登的一篇报道中指出的。
 
  这个激光器具有很低阈值,体积足以集成在微处理器中。这类激光器可以在硅片上生长。工作在“回音壁模式”的激光器直径为1μm,被集成在数字芯片上用于通讯。目前,该激光器还需要外部光源的光学泵浦,而电泵浦将成为下一个研究方向。
 
  
 
  在上图中,绿色部分表示模拟的回音壁模式电场分布情况。橙色部分表示激光介质(量子点)的量子显微结构图像。蓝色部分描述的是纳米结构硅衬底上的碟片激光器。


转自光电工程师社区
原文链接:http://www.oecr.com/article-5193.html