首臺可在室溫下工作的微波激射器研制成功

      英國《自然》雜志8月16日（北京時間）報道，英國科學(xué)家成功研制出首臺可在室溫下運(yùn)行的微波激射器（maser），為其能夠像自己的“兄弟”——激光器一樣被廣泛應(yīng)用鋪平了道路，甚至有望給通信和空間探索領(lǐng)域帶來革新。

　　事實(shí)上，世界上第一臺微波激射器早在50多年前就已經(jīng)問世了，但早期的微波激射器大小如衣柜，卻只能產(chǎn)生幾納瓦的能量。工作原理相同的激光器后來居上，如今牢牢把持著江山，微波激射器應(yīng)用則僅限于增強(qiáng)航天器從遙遠(yuǎn)太空發(fā)射的無線電信號。原因很簡單，傳統(tǒng)的微波激射技術(shù)需要利用紅寶石等硬質(zhì)無機(jī)晶體來放大微波，工作條件極為苛刻：要么由特制的真空室和泵來產(chǎn)生極低的壓力，要么用特殊的冰箱來提供溫度接近于絕對零度（零下273.15攝氏度）的冷凍環(huán)境；此外，強(qiáng)磁場也是必不可少的，而這離不開巨型磁鐵。

　　現(xiàn)在，英國國家物理實(shí)驗室和倫敦帝國學(xué)院的研究團(tuán)隊所展示的最新微波激射器，不僅能在室溫下工作，而且無需外加磁場。這項突破意味著微波激射器的生產(chǎn)和運(yùn)行成本都可被大大降低，使其可像激光技術(shù)一樣廣泛應(yīng)用，比如制造靈敏度更高的醫(yī)用掃描器械和遠(yuǎn)程探測爆炸物的化學(xué)傳感器，開發(fā)量子計算機(jī)所用的低噪音讀出機(jī)制以及更高效的射電望遠(yuǎn)鏡以探測外星生命。

　　研究人員采用了一種完全不同類型的晶體——摻雜了并五苯的對三聯(lián)苯來取代紅寶石。并五苯摻雜物使原本無色的對三聯(lián)苯晶體透出了強(qiáng)烈的淡粉紅色，看上去就像紅寶石一樣，大小也不過幾厘米。他們用一臺舊式醫(yī)用激光器將并五苯分子激發(fā)到亞穩(wěn)態(tài)能級，然后一道微波穿過晶體，分子受激后，釋放出了同樣波長的微波束。研究論文作者之一、英國國家物理實(shí)驗室物理學(xué)家馬克·奧克斯博羅說，發(fā)出的信號強(qiáng)度幾乎是現(xiàn)有微波激射器的1億倍。

　　目前，研究人員面臨兩大挑戰(zhàn)：一是讓微波激射器能夠連續(xù)工作，因為它每次只能在1秒鐘內(nèi)以脈沖模式發(fā)射；二是力爭擴(kuò)大微波頻率范圍，這將使該技術(shù)具有更大的應(yīng)用潛力。

　　從長遠(yuǎn)來看，研究團(tuán)隊還有諸多其他目標(biāo)需要達(dá)成，包括篩選出能在室溫條件下激射微波但比摻雜并五苯的對三聯(lián)苯晶體消耗更少能量的其他材料，設(shè)計更小型化、更便攜的微波激射器等。

　　總編輯圈點(diǎn)

　　微波激射器曾被視為上個世紀(jì)最重大的發(fā)明之一，但現(xiàn)在它遠(yuǎn)不及激光的名頭響亮，在技術(shù)上也幾乎沒產(chǎn)生什么影響，這很大程度上是由于其使用上的不方便造成的——通常需要真空或低溫的操作環(huán)境。如今英國科學(xué)家基于有機(jī)分子晶體打造的固體室溫微波激射器則克服了這個障礙，盡管還有待完善，卻仍可稱是為微波激射器灌注了二次生命。以此為新起點(diǎn)，如果激光的發(fā)展史可供借鑒參考的話，那么微波激射器也將帶來一系列人們目前想都沒想過的應(yīng)用。