據英(yīng)國《自然》雜誌8月16日(北京(jīng)時(shí)間)報道,英國科學家成功研製出首台可在室溫下運(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(fàn)應(yīng)用鋪(pù)平了道路,甚至有望給(gěi)通信和空間探索領域帶來(lái)革新。
事實上,世界上第一台微波激射器早在(zài)50多年前(qián)就已經問世了,但早期的微波激(jī)射器大小如衣櫃,卻(què)隻能產生(shēng)幾(jǐ)納瓦的能(néng)量。工作原理相同的激光器後來居上,如今牢(láo)牢把持著江山,微波(bō)激射器應用則僅限於增(zēng)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:要麽由特(tè)製(zhì)的真空室和泵來產生極低的壓力,要麽用(yòng)特殊的冰箱來提(tí)供溫度接近於絕對零度(零(líng)下273.15攝氏度)的冷凍環境;此外,強(qiáng)磁場也是必不可(kě)少的(de),而這離不開巨型磁(cí)鐵(tiě)。
現在,英國國(guó)家物理實驗室和倫敦帝國學院的研(yán)究團隊所展示的最新微波激射器,不僅(jǐn)能在(zài)室溫下工(gōng)作,而且無需外(wài)加(jiā)磁場。這項(xiàng)突破意味著微波激射器的生產(chǎn)和運行成本都可被大大(dà)降低,使其可像激光技術一樣廣泛應用,比如(rú)製造靈敏度更高的醫用掃描器(qì)械和遠程探測爆(bào)炸物的化(huà)學傳感器,開發量子計算機所用的低噪音讀出機製以及更高效的射電望遠鏡(jìng)以探測外星生命。
研究人員采用(yòng)了一種完全(quán)不同類(lèi)型(xíng)的晶(jīng)體??摻雜了並五苯的對三聯(lián)苯來取代紅寶石。並五苯摻雜物使原本無色的對三聯苯晶體透出(chū)了強烈的淡粉紅色,看上去就像紅(hóng)寶石一樣,大小也不過幾厘米。他們用一(yī)台舊式醫用激(jī)光器將並五苯分子激發到亞穩態能級,然後(hòu)一道微波(bō)穿過晶體(tǐ),分(fèn)子受激後,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(wù)理學家馬克?奧克斯(sī)博羅說,發出的信號強度幾乎(hū)是現有(yǒu)微(wēi)波激(jī)射器的1億倍。
目前,研究人員麵臨兩大(dà)挑戰(zhàn):一是讓微波激射器能夠連續工作,因為它(tā)每次隻能在(zài)1秒(miǎo)鍾內以脈衝(chōng)模式發射;二是力爭擴大微(wēi)波頻率範圍,這將(jiāng)使該技術具有(yǒu)更大的應(yīng)用潛(qián)力。
從長遠來看,研究(jiū)團隊還有諸多其他目標(biāo)需要達成,包括篩選出能在室溫條件下激射微波(bō)但比摻雜並五(wǔ)苯的對三聯苯晶(jīng)體消耗更少能量的其他材料(liào),設計更小型化、更便(biàn)攜的微波激(jī)射器等。
總編輯圈點
微(wēi)波激射器(qì)曾被視為上個世紀最(zuì)重大的發明之一,但現在它遠不及激(jī)光的(de)名頭響亮,在技術上也幾(jǐ)乎沒產生什麽影響,這很大程度上是由於其使(shǐ)用上的不方便造(zào)成的??通常需要真空或(huò)低溫(wēn)的操作環境。如今英國科(kē)學(xué)家(jiā)基於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(réng)可稱是為微波激射(shè)器灌注了二次生命。以此為新起點(diǎn),如果激光的發展史可供借(jiè)鑒參考(kǎo)的話(huà),那麽微波激射器也將帶來一係(xì)列人們目前想都沒想過的應用。
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