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            首臺可在室溫下工作的微波激射器研制成功

            發布時間:2014-12-11 07:19      發布人:admin  瀏覽量:2533

                  英國《自然》雜志8月16日(北京時間)報道,英國科學家成功研制出首臺可在室溫下運行的微波激射器(maser),為其能夠像自己的“兄弟”——激光器一樣被廣泛應用鋪平了道路,甚至有望給通信和空間探索領域帶來革新。

              事實上,世界上第一臺微波激射器早在50多年前就已經問世了,但早期的微波激射器大小如衣柜,卻只能產生幾納瓦的能量。工作原理相同的激光器后來居上,如今牢牢把持著江山,微波激射器應用則僅限于增強航天器從遙遠太空發射的無線電信號。原因很簡單,傳統的微波激射技術需要利用紅寶石等硬質無機晶體來放大微波,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)的冷凍環境;此外,強磁場也是必不可少的,而這離不開巨型磁鐵。

              現在,英國國家物理實驗室和倫敦帝國學院的研究團隊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。這項突破意味著微波激射器的生產和運行成本都可被大大降低,使其可像激光技術一樣廣泛應用,比如制造靈敏度更高的醫用掃描器械和遠程探測爆炸物的化學傳感器,開發量子計算機所用的低噪音讀出機制以及更高效的射電望遠鏡以探測外星生命。

              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苯來取代紅寶石。并五苯摻雜物使原本無色的對三聯苯晶體透出了強烈的淡粉紅色,看上去就像紅寶石一樣,大小也不過幾厘米。他們用一臺舊式醫用激光器將并五苯分子激發到亞穩態能級,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、英國國家物理實驗室物理學家馬克·奧克斯博羅說,發出的信號強度幾乎是現有微波激射器的1億倍。

              目前,研究人員面臨兩大挑戰:一是讓微波激射器能夠連續工作,因為它每次只能在1秒鐘內以脈沖模式發射;二是力爭擴大微波頻率范圍,這將使該技術具有更大的應用潛力。

              從長遠來看,研究團隊還有諸多其他目標需要達成,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苯晶體消耗更少能量的其他材料,設計更小型化、更便攜的微波激射器等。

              總編輯圈點

              微波激射器曾被視為上個世紀最重大的發明之一,但現在它遠不及激光的名頭響亮,在技術上也幾乎沒產生什么影響,這很大程度上是由于其使用上的不方便造成的——通常需要真空或低溫的操作環境。如今英國科學家基于有機分子晶體打造的固體室溫微波激射器則克服了這個障礙,盡管還有待完善,卻仍可稱是為微波激射器灌注了二次生命。以此為新起點,如果激光的發展史可供借鑒參考的話,那么微波激射器也將帶來一系列人們目前想都沒想過的應用。

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