“分區供電法”可大幅提高鐳射器效率
- 發佈時間：2014-11-25 01:00:28 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報訊 鐳射與現代社會密不可分，從CD播放器到軍用武器裝備，隨處都能看到鐳射的身影，但對大型裝備而言，能量易損、效率不高卻是人們不得不面對的一個問題。
據物理學家組織網近日報道，美國普林斯頓大學的科學家發現，通過精心設計鐳射器內的能量傳遞區域，可解決這一問題，大幅提高其發光效率。他們開發出一種數學方法來優化電能傳遞模式，並讓鐳射的效率獲得數倍的提升。借助該技術有望生産出靈敏度更高、耗電更少的鐳射器。相關論文發表在近日出版的《自然·光子學》雜誌上。
鐳射器的核心部件是一種供電後能夠發光的材料。較少的電能通過其中時，鐳射器出現光“不相干”現象，實質上的意思是其中包括多種波長或顏色。而當能量逐漸增加，該材料突然達到“激射”閥值時，它就會發出相干光特定波長的光。在較低電量的情況下，材料整個表面並不會發射鐳射，但如果把該材料排列成一定的形狀，如光碟狀，光碟環狀的邊緣就可能發光。這是因為更多能量的加入，更多圖案的形成，越靠近中心的位置越容易達到鐳射的閥值。
研究人員對這種發光材料相互之間獲取能源的方式進行了研究。結果發現，雖然通過這種併發模式産生鐳射需要很高的能量才能達到激射的閥值，但如果只激活其中一些閥值較高的模組，將有望在不需要太大電流的情況下獲得相當理想的發光效率。而這可以通過指定電流達到特定物理位置的方式來實現。
領導此項研究的普林斯頓大學電氣工程學副教授哈坎·特瑞西稱，通過數學計算和電腦模擬，他們已經證明對鐳射器特定區域的能量進行精確地限制可大幅提高其工作效率。“該研究讓人們對支配鐳射器如何産生光線的基本過程有了全新的認識。在鐳射器整個系統中對能量進行精確的設計分配這還是第一次。”瑞西説。
研究人員稱，他們試圖通過建立數學框架讓人們理解這一被稱為“空間燒空效應”的新的鐳射激發方式。該技術將適用於目前大多數鐳射設備，根據該理論開發出的鐳射器將有望讓鐳射設備變得更加便攜，例如，此前需要交流電才能運作的醫療診斷設備和爆炸物檢測裝置，在經過該技術改進後用電池就可驅動。（王小龍）
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