激光的應(yīng)用可能受益于由美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)協(xié)會 (NIST) 和中國的山東大學(xué)的科學(xué)家們的晶體研究。他們發(fā)現(xiàn)了一種潛在的方法，用來規(guī)避長期存在的作為激光技術(shù)中關(guān)鍵部分的晶體制造的困難。但他們的這個發(fā)現(xiàn)也讓背后的科學(xué)專家們苦思冥想了一番。
今天發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上的這個研究發(fā)現(xiàn)，相對較大的晶體用于更改激光器中幾個光特性，這對于使激光器成為實(shí)用的工具是至關(guān)重要的變化，可由生長起來更容易、更便宜的更小的桿形微晶進(jìn)行堆疊制作出來。
到目前為止，團(tuán)隊研究出來的微晶體在某些特性方面要優(yōu)于常規(guī)晶體，表明可利用他們這一研究成果，是實(shí)現(xiàn)快速、 經(jīng)濟(jì)開發(fā)大的晶體長期探索告一段落的一個信號，沒有這種方法制造大晶體則會極為昂貴。但微晶也挑戰(zhàn)傳統(tǒng)的科學(xué)理論，為什么他們表現(xiàn)如此特性。
你在激光的光中看到的顏色往往是不同于它最初生成的樣子。很多激光創(chuàng)建紅外光，然后通過一個晶體傳遞它的能量，由此將其波長轉(zhuǎn)換為可見的顏色，如綠色或藍(lán)色。
通常，那種晶體是由焦磷酸鉀 (KDP)制作，這是一種常見的材料，由于其具有的特性使得它非常寶貴：不僅焦磷酸鉀晶體可以改變光的顏色，它也可以充當(dāng)一個開關(guān)，改變光的偏振 （其中其電場振動的方向） 或防止它在激光發(fā)射之前穿過晶體。激光通過光纖線纜攜帶的數(shù)據(jù)取決于光的偏振，許多應(yīng)用程序依賴于激光脈沖的定時。
小型焦磷酸鉀晶體的制作是很容易的，和那些使用在口袋中的激光指針和電信系統(tǒng)相似。但對于更高能量的應(yīng)用場景，科學(xué)家?guī)资陙硪恢痹趯ふ夷苁勾笮汀?高質(zhì)量的晶體可以生存反復(fù)的暴露于強(qiáng)激光脈沖中，但一直難以找到合適的解決方案。
研究團(tuán)隊由焦磷酸鉀晶體生長的溶液中發(fā)現(xiàn)了有用的結(jié)果。這些晶體采取的形式是六角形的空心管和幾個微米寬的長桿結(jié)構(gòu)。在相同條件下，單獨(dú)的這些焦磷酸鉀微晶體的能量轉(zhuǎn)換效率超越甚至最好的焦磷酸鉀晶體，這就導(dǎo)致了直接的晶體生長用于通信的可能性。
研究小組還建議晶體棒能堆積得像木柴那樣，建設(shè)一塊較大的幾十億的微小的細(xì)絲。他們都堆積在一起之前他們可以涂一層薄薄的導(dǎo)電材料，進(jìn)行導(dǎo)熱，使他們能夠處理的高強(qiáng)度激光光重復(fù)的脈沖，這可能擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，如果可以找到一種恰當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行堆疊。
神秘的是，為什么微晶的表現(xiàn)特性是如此。基本物理定律是無法解釋的。
常規(guī)物理模型表明，如果用于進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換，這些微晶似乎打破這條規(guī)則，像晶體，光學(xué)介質(zhì)不必圍繞其中心對稱。
美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)協(xié)會的物理學(xué)家鄧璐說，"我們接觸過大量的來自世界各地不同領(lǐng)域的專家，他們都不能解釋這種現(xiàn)象，目前沒有理論可以解釋這個奇特的晶體的初始生長機(jī)理。從我們目前的理解來看，這將是結(jié)晶學(xué)到凝聚態(tài)物理學(xué)領(lǐng)域研究的一個挑戰(zhàn)。"
雖然理論正在趕實(shí)驗數(shù)據(jù)，鄧說他們的團(tuán)隊正專注于可堆疊微晶棒生長的工程挑戰(zhàn)。
"我們可以實(shí)現(xiàn)每十分鐘生長超過 1,000 個微組織在單一的玻璃片上，所以大面積的生長不是一個問題，"他說。"我們需要弄清楚是如何進(jìn)行種植出具有近乎均勻截面的大結(jié)構(gòu)，因為對于最后的組裝它將是重要的"。
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