光学和光子学

光学镊子有助于制造声子激光

字号+ 作者:admin 来源:小丑鱼-分享科普知识 2019-11-15 12:47

明年将庆祝其成立60周年的光学激光器已导致了一系列改变我们生活的技术应用,研究人员希望其机械模拟物(声子激光器)有一天同样重要。位于纽约的罗彻斯特大学和罗彻斯特理工学院的一个团队现在已经成功地使用光学镊子(或偶极阱)基于悬浮在真空中的玻璃纳米球制造了声子激光器。该设备首次在介

  明年将庆祝其成立60周年的光学激光器已导致了一系列改变我们生活的技术应用,研究人员希望其机械模拟物(声子激光器)有一天同样重要。位于纽约的罗彻斯特大学和罗彻斯特理工学院的一个团队现在已经成功地使用光学镊子(或偶极阱)基于悬浮在真空中的玻璃纳米球制造了声子激光器。该设备首次在介观质量范围内工作,不仅可以用于帮助解决量子力学中的基本问题,而且还可以在精密计量学应用中使用。

光学镊子有助于制造声子激光

  在过去的十年中,研究人员一直在研究声子激光器(一种用于声音而非光的相干光束放大器)。在这种设备中,声子(是材料晶格振动的最小离散单元)被放大以产生高相干声束,其方式与光学激光器产生高相干光束相同。

  在光学镊子上扩展

  现在,由尼克·瓦米瓦卡斯(Nick Vamivakas)领导的团队通过在光学镊子上进行扩展,使悬浮的光机械模拟成为了光学激光器。众所周知,这种光学偶极子陷阱最初是由美国物理学家亚瑟·阿什金(Arthur Ashkin)发明的,他最近获得了诺贝尔物理学奖的一部分。它依靠高度聚焦的激光束提供吸引力或排斥力,以在光束的轨迹中物理固定和移动微米级的物体。

  新的声子激光器的频率可以调节,它基于由声子组成的硅纳米球的质心振荡,Vamivakas及其同事的实验设备由自由空间光偶极子陷阱组成,将纳米球悬浮在真空室中。然后研究人员采用了基于纳米球光散射的反馈技术。瓦米瓦卡斯说:“通过测量散射光,我们能够改变磁珠的振荡方式,并增加以声子为单位的能量输出。”

  “如果我们做得正确,我们可能会引起一个振幅开始的振荡,并变得越来越大,直到我们开始表现出类似于您打开普通光学激光器所看到的机械运动。”

  控制稳态,相干声子的数量

  Vamivakas解释说:“这项技术使我们能够以正确的方式调制将纳米球保持在阱中的激光束产生的光势,以产生声子激光。” “然后,反馈信号控制球的质心动力学。

  他说:“一个信号提供质心声子的非线性参数冷却,而另一个信号引起质心声子的线性放大,”他说。“从原理上讲,这使我们能够将稳态,相干声子控制在量子范围内。”

  介观质量体系

  新设备在介观质量范围内运行-约为1 x 10 -18 公斤。这使其与先前演示的声子激光器不同,声子激光器工作在微米级(1 x 10 -9 千克)和原子级(1 x 10 -25 千克)上。

  Vamivakas告诉《物理学世界》:“这两个尺度之间存在着很大的质量范围,这就是我们的装置起作用的范围。” “它的独特之处还在于它利用了悬浮的物体。除单个被捕获的原子外,迄今为止,所有其他声子激光器都已在机械夹紧或系留平台中得到了证明,在该平台中,激光器已附着到基板上。

   “使用悬浮的物体可以提供其他设置所无法实现的高度机械隔离。”

  技术很容易扩展到其他材

  他补充说,新的激光器可能有助于提高精密计量学。更重要的是,这项研究中使用的技术发表在《自然光子学》 10.1038 / s41566-019-0395-5中,它对悬浮在光学偶极阱中的粒子的结构细节不敏感。这意味着它可以很容易地扩展到其他材料,例如单电子,悬浮液滴甚至是生物。

  该小组还包括洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究人员。该小组说,它现在正在忙于探索光学激光器与其声子表亲之间的联系。Vamivakas透露:“我们也在研究我们的激光器可以如何增强悬浮光机系统中的精确测量。”

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