由于这项技术只能在低温下工作,因此在地球上的常规通信中很少使用。然而,伦敦纳米技术中心和萨尔兰大学的一个研究团队开发出一种可以在室温下使用的微波激射器。他们的研究成果发表在2018年3月22日的科学期刊《自然》上。.
 
“微波激射器”(maser)是“受激辐射微波放大”(microwave amplification by stimulated emission of radiation)的缩写,意指通过受激辐射产生的微波放大。微波激射器的物理原理与激光类似,激光的名称代表“受激辐射光放大”(light amplification by stimulation emission of radiation)。两者都产生单一波长/频率的相干电磁辐射。萨尔兰大学物理化学与化学教育教授克里斯托弗·凯表示:“迄今为止,微波激射器主要用于太空通信,例如,用于与旅行者号探测器保持无线电联系。由于微波激射器能够放大非常微弱的信号且几乎没有噪声,因此它在未来地球通信技术中具有应用前景。”.
 
现有微波激射器技术的一个缺点是需要极低的温度,而这只能通过液氦来实现。克里斯托弗·凯与伦敦纳米技术中心的其他研究人员合作,开发了一种可以在室温下工作的微波激射器。这项技术的关键在于使用置于磁场中的蓝宝石微波谐振器。谐振器能够限制并集中微波辐射,从而实现稳定的同相放大。.
 
这种辐射本身是通过光学激发金刚石中的“氮空位”中心产生的。与仅由碳原子组成、因此无色的纯金刚石不同,这里使用的金刚石中,少量碳原子被氮原子取代。通常容纳碳原子的氮原子旁边的空间是空的。“这种缺陷被称为NV(氮空位)中心,它赋予金刚石紫色。它具有许多卓越的量子特性,因此对新技术的发展,特别是纳米应用领域,具有重要意义,”克里斯托弗·凯解释道。例如,微波激射器可用于太空探索或纳米技术(通常称为纳米计量学)中的更精确测量。“在任何需要接收低强度信号(例如,远距离传输)且需要在不增加噪声的情况下放大信号的场合,微波激射器都开辟了新的可能性,”凯说道。.
 
“科学界此前已有人提出,以NV色心钻石为基础可以制造微波激射器,但我们成功的关键在于将钻石置于蓝宝石谐振腔中,”《自然》杂志文章的第一作者、伦敦帝国理工学院物理学家乔纳森·布里兹解释道。他补充说:“这项技术的一个有趣之处在于,只需改变施加的磁场即可调节输出频率。目前的装置工作频率为9 GHz(每秒90亿次循环)。相比之下,移动电话的工作频率在2 GHz范围内。利用市售的磁技术,我们的室温微波激射器可以实现高达200 GHz的频率。”.
 
由于微波激射器利用光学光子产生微波光子,研究人员希望他们的工作能够为量子金刚石技术、磁共振成像和通信领域开辟新的途径。.

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