研究人员用气体云创造了第一个地球激光器

在太空中,松散的气体云随时都会产生自发的激光发射。现在,物理学家正在地球上首次从气云中制造出激光——这种激光是我们以前从未见过的任何基于气体的激光。

天文学家长期以来一直对宇宙中自然发生的激光感到困惑,它们以特定的频率将强烈的可见光和微波光束射向宇宙。科学家们在五十年前首次探测到这些激光时就很快意识到,恒星和行星的大气层正在产生激光,但它们产生激光的机制一直是个谜。直到现在。地球上的物理学家已经创造了第一个由气云组成的地球激光器,首次重现了这些自然发生的太空激光。

激光不过是一团被约束的原子(它们在特定频率发射光)被注入能量后激发的集合。这种光的发射是通过让光在原子上来回反射来触发的,通常是通过在原子群的两端放置镜子来实现的。有时原子被包含在晶体中,有时则包含在包含气体原子的光学腔中,但设置通常是相同的:约束的原子加上通过所述原子在镜子之间来回反射的光,等于发射了特定调谐的光。

但在太空却没有镜子,而且恒星或行星大气中的原子也不是被约束在晶体或腔中——这正是让天文学家感到困惑的地方。但研究人员找到了另一种产生激光的方式,这提供了一个线索。所谓的随机激光器近年来已被开发出来,它们利用某种不受约束的、无序的介质,如半导体粉末,来产生激光发射。在随机激光器中,光在介质内部的反射纯粹是基于介质的无序性,而无需被约束或用镜子两端夹住。

事实证明,自然发生的太空激光的工作方式相同,但仍然有一个问题:随机激光器中使用的粉末介质与太空中的气云截然不同。而这正是法国南部尼斯非线性研究所的研究人员最终弄清楚的方面。使用包含在磁光阱中的铷原子云,该团队首次从气云中制造出了地球激光器。当团队引入接近铷预期发射频率的光时,它会在气云内部随机反射——就像在天然太空激光器中一样。

在实验室中重现这种现象的能力将使天文学家和物理学家能够近距离研究这种机制,但它也可能具有更广泛的意义。这种天然激光器可能会带来目前尚未作为潜在激光光源探索过的新型人工光源,这些光源由气体原子制成。这可能意味着新型人工光源——与宇宙制造的相同类型,但规模要小得多。

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