走出實驗室　科學家完善小型化可見光雷射技術

編譯／高晟鈞

近日，來自美國國家技術研究院（NIST）與馬里蘭大學的組成的研究團隊已經成功將近紅外線雷射，以高精度、高效率轉換為特定所需波長的可見光。

由於使用二極管雷射裝置不能總是滿足像是量子科技、精密計時等需要特定波長可見光雷射的領域的要求，這一技術有望使量子感測器和光學原子鐘走出實驗室，不再束縛於笨重的光學設備中。

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理論與現實

當諧振器夠小時，可以安裝在微晶片上，並設計成兩個落在可見光譜內的輸出波長。當紅外光雷射（被限制在環形諧振器周圍數千次）達到足夠高的強度，便會與諧振器材料發生強力作用，就會發生這種轉變。

理論上，諧振器的半徑、寬度和高度決定了環中諧振的光屬性，研究人員可以透過該技術從彩虹中選擇任何顏色。然而現實是，即使是幾奈米的偏差，也會產生與輸出波長顯著不同的可見光顏色。因此，研究人員必須製造多達100個氮化矽微環才能測試出正確尺寸所對應的目標波長。

原理

控制單波長輸入轉換為兩個不同波長輸出的原理是能量守恆定律：來自近紅外線雷射的兩個輸入光子攜帶的能量必須等於輸出攜帶的能量光子：一種波長較短（能量較高），一種波長較長（能量較低）。在這種情況下，較短的波長是可見光。

此外，每個輸入和輸出波長必須對應於微環尺寸允許的諧振波長之一，就像音叉的長度決定其諧振的一個特定音符一樣。

透過沿著微諧振器的表面引入缺陷，研究團隊已經證實了他們選擇可見光輸出波長的精確度已經高達99.7%。經過改進，該技術已經可以產生超過99.9%的精確度，這已經足以滿足光學原子鐘和其他高精度設備供電的需求。

資料來源:Phys.org

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