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軍工航天新聞

激光并不限制在量子世界里

星之球科技 來源:華工激光2011-12-07 我要評論(0 )   

激光通常被認為是根據量子力學原理產生的明亮光束。但是一種用聲音模擬激光的新設備把它帶回了基礎物理世界。 把手機振動器依次安放在鋁板上可以形成相干震動,這與激光...

激光通常被認為是根據量子力學原理產生的明亮光束。但是一種用聲音模擬激光的新設備把它帶回了基礎物理世界。
 
把手機振動器依次安放在鋁板上可以形成相干震動,這與激光產生相干光的方式相似。此設備可以證明激光并不限制在量子世界里,這與大多數物理學家的觀點相悖。
 
“很多我們平常認為與激光相關的現象事實上都存在于經典物理中。”伊利諾伊大學香檳分校的物理學家理查德•韋弗說,“無需量子力學就能理解。”
 
激光的應用十分廣泛,從鐳射筆到武器,但是都基于相同的原理。在受激發射過程中,紅寶石棒(第一臺激光設備)上的原子吸收光子激發出電子。被激發的電子會重新發射原始光子和一顆與之同步運行的相同光子,生成相干光。電子管兩端的鏡子會使之來回反射并激發出更多的光子。當有足夠的光子步調一致時,雜亂無章的光線會突然轉化為完美的相干光。
 
物理學家大多從量子力學的角度去思考激光的作用。例如,激光原理是因為光的波粒二象性;激光原理是因為光子恰巧是玻色子,它們可以聚集在同樣的能量狀態下。
 
但是韋弗認為激光作用并沒有這么復雜。“激光的特點可以從經典系統中得出,這一點沒有得到廣泛認同。”他說,“物理學們在不必要的情況下使用量子力學解釋,這會讓一切變得很復雜。”
 
韋弗和他的研究生大衛•梅滕斯采用小機械電機簡單的模擬激光,方式和手機震動模擬相似。研究者把16個電機貼附在薄鋁板上,通過施加電壓讓它們震動。
 
單個電機有自己特有的震動頻率。但是當它們通過鋁板連接時,就會以同樣的頻率震動。韋弗說,鋁板和產生激光的紅寶石棒作用相同。“各電機獨立”運行的尖嘯在同步震動時迅速轉變成和諧的低鳴。
 
這是非相干光到相干光轉變的模擬,韋弗說。更重要的是,電機可以彼此放大以更高的總能量震動,該能量比單個電機產生能量的總和要大。
 
“我們用許多詞語描述激光——受激發射、自發輻射、單頻、超輻射,它們都可以在經典力學系統中出現。”韋弗說,“它(設備)看起來和激光風馬牛不相及,但確實在數學上相似。”
 
該設備也同其他諧振系統有著相似的數學背景,如螢火蟲的閃爍或人們走過橋梁時的腳步。如果這些系統通過共振波保持同步,它們就可以被看成是某種激光。
 
“如果稍稍激進一些,你可能會說千年橋(位于倫敦)也同激光相似。”他說。韋弗認為聲音激光主要是他“數學好奇心”的產物,沒有期望它能得到實際應用。
 
但是,韋弗認為當激光1960年剛剛出現時,也被認為是“屠龍之技”,那時同樣沒人知道它會有什么效用。

 

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