离子阱中的声学激光


早在激光发明后不久,人们就在寻求其在其他系统中的对应物,比如说,声学激光,或者我们可以称之为“激声”。固体中的震动,一般是处于杂乱无张的状态的,比如热平衡态。声学激光,需要外加驱动引起振子的受激震动(对应于激光器中原子的受激辐射)。多年来,有关激声的理论方案有很多,比如离子阱,半导体系统,纳米机械系统,纳米磁系统,等等。实验上在半导体超晶格等系统中也看到了有关声学激光的某些标志。最近,在《自然 物理学》的网络版中,发表了一篇名为《声子激光器》的论文,来自德国和美国的作者们在Paul离子阱系统中用镁离子实现了一个可控的声学激光器。

我们都知道,在离子阱系统中,如果用红失谐光照射,会给系统降温,而用蓝失谐光照射会加热系统。但是详细的实验与理论发现,蓝光照射并不总是在加热振子的,也有可能引起振子的受激震荡。当驱动光超过一定的阈值后,振子的运动就从纯粹随机的布朗运动转化为相位相干的震动。不过与通常的激光器不同的地方在于,这个离子激声并没有输出,激声始终束缚在离子中,与外界没有耦合。论文把这称为一个零维的激声系统。这篇论文只描述了含有一个离子的实验。实际上,离子阱中可以含有多个离子,包含多个震动模式。通过驱动,我们可以让这些震动模式耦合起来,同时也可以激发出激声来,我们可以看到激声在这些震动模之间的传播。于是,通过这种可控的方式,我们可以看到激声系统从零维到高维的转化。

Vahala, K., Herrmann, M., Knünz, S., Batteiger, V., Saathoff, G., Hänsch, T., & Udem, T. (2009). A phonon laser Nature Physics DOI: 10.1038/nphys1367

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2 thoughts on “离子阱中的声学激光

  1. 你觉得”声学激光”有哪些可能应用呢?
    我早就观察到这个现象了,觉得挺有趣的
    可惜导师觉得没意义,叫我不要浪费时间:(

    • 我觉得如果声学激光能够导出来,在固体中传播,也许有用。比如探测固体内部的缺陷什么的。但是它能够在固体中保持多久的相干性,这就难说了。如果无法维持相干性,与普通的噪声没有区别。这个实验根本就没有输出,所以也就是一个演示而已。

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