諸如激光器等光學系統(tǒng)中，能量損失是影響功效的主要障礙，它以令人沮喪的方式持續(xù)不斷地存在。
為了克服激光器系統(tǒng)能量損失，操作人員經(jīng)常用超量光子或光束來刺激系統(tǒng)以獲取所需。但是，美國華盛頓大學的工程師們最近用一種新方法扭轉(zhuǎn)或消除了這種損失局面，而他們的方法正是通過給激光器系統(tǒng)增加一些“損失”來收獲能量。換一種說法就是，他們已經(jīng)發(fā)明了一種“以退為進”的妙招。這一成果發(fā)表在10月17日出版的《科學》雜志上。
該成果的實驗團隊由華盛頓大學電子系統(tǒng)工程系教授楊蘭(音譯)博士領銜，五名隊員來自美國、日本和澳大利亞。他們共進行了三個實驗總結(jié)出這一新妙招。
據(jù)物理學家組織網(wǎng)10月17日(北京時間)報道，在第一個實驗中，他們通過改變對兩個微型諧振器的距離改變其匹配狀態(tài)，對其中一個采用“一給命令就消失”的可控操作;在第二個實驗中，通過變化損失量，他們能操控匹配狀態(tài)并測算出兩個諧振器之間的光強度，結(jié)果，令人吃驚地發(fā)現(xiàn)，當能量損失增加的時候，兩個諧振器的總強度先是上升然后又有所下降，但最終重新顯現(xiàn)出了較高的光強度;在第三個實驗中，他們通過在二氧化硅中增加損失量獲得了兩個非線性現(xiàn)象。
“光強度在光學系統(tǒng)中是一個非常重要的參量。”楊蘭說，“不同于給系統(tǒng)增加更多能量的標準方法，我們反其道而行之，通過調(diào)節(jié)損失量來獲取更有效的能量。”
實驗系統(tǒng)包括兩個微小的直接匹配的二氧化硅諧振器，每一個都配備了不同的熔錐光纖連接器，能將光線從一個激光發(fā)射器的二極管引導到感光探測器;光纖逐漸變窄，確保光線在光纖和諧振器的正中間。楊蘭說，這個構想可以在任何配對物理系統(tǒng)中應用。
關鍵器件是一種叫做“鉻涂層二氧化硅納米錐”的微型裝置，能讓其中一個微型諧振器產(chǎn)生光強損失。這個微型裝置被放置在調(diào)控范圍只有20納米的極微小的光泄漏區(qū)域中。“用鉻來做涂層，是因為它是一種能大量吸收1550納米波長的材料，而且能很好地對它調(diào)控‘損失’程度。”研究人員說。另一種關鍵裝備，是“納米定位器”，能通過調(diào)節(jié)距離來控制配對諧振器之間的長度。
“損失獲能”現(xiàn)象具有“例外點”的特征，這種特征對系統(tǒng)特性影響甚大。在近些年的物理學研究中，“例外點”貢獻了一系列“反常”的表現(xiàn)和結(jié)果。“當我們調(diào)試系統(tǒng)達到‘例外點’，基于光強度的非線性過程都受到了影響。”
“這項研究的美好之處在于，通常來講，‘損失’被認為是不好的，但是我們把它變成了好的進而扭轉(zhuǎn)了壞的影響，我們用激光器實現(xiàn)了這一點。”楊蘭說。除了對激光器技術發(fā)展有所裨益，他們的發(fā)現(xiàn)成果在其他物理學領域，比如光子晶體表現(xiàn)、電漿子結(jié)構和超材料等研究領域中，也會激發(fā)針對“損失”效果的新研究計劃。 |
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