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    科學家試製新型“激聲”放大器

    編輯:西安vindax五金工業有限公司  時間:2019/06/05
    據美國物理學家組織網9月8日(北京時間)報道,在今年慶賀激光誕生50周年之際,科學家正在研究一種新型的相幹聲束放大器,其利用的是聲而不是光。科學家最近對此進行了演示,在一種超冷原子氣體中,聲子也能在同一方向共同激發,就和光子受激發射相似,因此這種裝置也被稱為“激聲器”。

    聲子激發理論是2009年由馬克斯·普朗克研究院和加州理工學院的一個科研小組首次提出的,目前尚處於較新的研究領域。其理論認為,聲子是振動能量的最小獨立單位,也能像光子那樣,通過激發產生高度相幹的聲波束,尤其是高頻超聲波。他們首次描述了一個鎂離子在電磁勢阱中被冷凍到大約1/1000開氏溫度,能生成單個離子的受激聲子。但是單個聲子的受激放大和一個光子還有區別,聲子頻率由單原子振動的頻率所決定而不是和集體振動相一致。

    在新研究中,葡萄牙裏斯本高等技術學院的J.T.曼登卡與合作團隊把單離子聲子激發的概念,擴展到一個大的原子整體。為了做到這一點,他們演示了超冷原子氣體整合聲子激發。與單離子的情況相比,這裏的聲子頻率由氣態原子的內部振動所決定,和光子的頻率是由光腔內部的振動所決定一樣。

    無論相幹電磁波,還是相幹聲波,最大的困難來自選擇係統、頻率範圍等方麵。曼登卡說,該研究中的困難是要模仿光波受激放大發射的機製,但產生的是聲子,而不是光子。即通過精確控製超冷原子係統,使其能完全按照激光發射的機製來發射相幹聲子。

    新方法將氣體限定在磁光陷阱中,通過3個物理過程產生激態聲子。首先,一束紅失諧激光將原子氣體冷卻到超冷溫度;然後用一束藍失諧光振動超冷原體氣體,生成一束不可見光,最後使原子形成聲子相幹發射,此後衰變到低能級狀態。研究人員指出,最後形成的聲波能以機械或電磁的方式與外部世界連接,係統隻是提供一種相幹發射源。

    關於給聲子激發命名,科學家先是沿襲“鐳射(laser)”之名使用了“聲射(saser)”,即聲音受激放大發射。但曼登卡認為使用“激聲(phaser)”更準確,它強調了聲子的量子特性而不是聲音,也暗示了其發射過程類似於光子受激發射。

    高相幹超聲波束的一個可能用途是,在X光斷層攝影術方麵,能極大地提高圖像的解析度。曼登卡說:“激光剛開發出來時,僅被當做一種不能解決任何問題的發明。所以,對於激聲,我們現在擔心的隻是基礎科學方麵的問題,而不是應用問題。”