科學家試制新型“激聲”放大器

　　9月8日（北京時間）報道，在今年慶賀激光誕生50周年之際，科學家正在研究一種新型的相干聲束放大器，其利用的是聲而不是光。科學家最近對此進行了演示，在一種超冷原子氣體中，聲子也能在同一方向共同激發，就和光子受激發射相似，因此這種裝置也被稱為“激聲器”。

　　聲子激發理論是2009年由馬克斯·普朗克研究院和加州理工學院的一個科研小組首次提出的，目前尚處于較新的研究領域。其理論認為，聲子是振動能量的最小獨立單位，也能像光子那樣，通過激發產生高度相干的聲波束，尤其是高頻超聲波。他們首次描述了一個鎂離子在電磁勢阱中被冷凍到大約1/1000開氏溫度，能生成單個離子的受激聲子。但是單個聲子的受激放大和一個光子還有區別，聲子頻率由單原子振動的頻率所決定而不是和集體振動相一致。

　　在新研究中，葡萄牙里斯本高等技術學院的J.T.曼登卡與合作團隊把單離子聲子激發的概念，擴展到一個大的原子整體。為了做到這一點，他們演示了超冷原子氣體整合聲子激發。與單離子的情況相比，這里的聲子頻率由氣態原子的內部振動所決定，和光子的頻率是由光腔內部的振動所決定一樣。

　　無論相干電磁波，還是相干聲波，最大的困難來自選擇系統、頻率范圍等方面。曼登卡說，該研究中的困難是要模仿光波受激放大發射的機制，但產生的是聲子，而不是光子。即通過精確控制超冷原子系統，使其能完全按照激光發射的機制來發射相干聲子。

　　新方法將氣體限定在磁光陷阱中，通過3個物理過程產生激態聲子。首先，一束紅失諧激光將原子氣體冷卻到超冷溫度；然后用一束藍失諧光振動超冷原體氣體，生成一束不可見光，最后使原子形成聲子相干發射，此后衰變到低能級狀態。研究人員指出，最后形成的聲波能以機械或電磁的方式與外部世界連接，系統只是提供一種相干發射源。

　　關于給聲子激發命名，科學家先是沿襲“鐳射（laser）”之名使用了“聲射（saser）”，即聲音受激放大發射。但曼登卡認為使用“激聲（phaser）”更準確，它強調了聲子的量子特性而不是聲音，也暗示了其發射過程類似于光子受激發射。

　　高相干超聲波束的一個可能用途是，在X光斷層攝影術方面，能極大地提高圖像的解析度。曼登卡說：“激光剛開發出來時，僅被當做一種不能解決任何問題的發明。所以，對于激聲，我們現在擔心的只是基礎科學方面的問題，而不是應用問題。”