激光技術(shù)是二十世紀(jì)與原子能、半導(dǎo)體及計(jì)算機(jī)齊名的四項(xiàng)重大發(fā)明之一。作為一種先進(jìn)的技術(shù)，激光不僅在材料加工上展現(xiàn)了其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，并且在科研、航空等前沿領(lǐng)域扮演著重要的角色。OFweek激光網(wǎng)為您呈現(xiàn)2012年度，技術(shù)技術(shù)的“十大”突破：（不計(jì)排名）
1、激光冷卻電子云
研究人員開發(fā)出一種新穎的激光冷卻半導(dǎo)體膜技術(shù)，為以后冷卻超敏傳感器和量子計(jì)算機(jī)鋪平了道路。
科學(xué)家開發(fā)出新的制冷方法，該方法通過加熱材料，這與量子力學(xué)和納米物理學(xué)相悖。他們制作了160 nm厚和表面積為1×1毫米的半導(dǎo)體納米薄膜。研究小組發(fā)現(xiàn)利用鏡片將薄膜發(fā)射回來的光再次反射回薄膜，這個(gè)過程反復(fù)進(jìn)行，形成一個(gè)光學(xué)諧振腔。這種方法能夠?qū)⒈∧だ鋮s到負(fù)269攝氏度。薄膜吸收的一部分光用來產(chǎn)生自由電子。當(dāng)自由電子減少時(shí)，研究人員加熱薄膜，形成熱擴(kuò)散。通過這種方式，在薄膜和鏡子間不斷波動(dòng)。
“相矛盾的是薄膜整體獲得一點(diǎn)熱量，薄膜就會(huì)在振蕩中被冷卻，這種冷卻方式可以通過激光控制。所以是通過加熱材料來使材料冷卻。”這一發(fā)現(xiàn)將促進(jìn)新式電流和機(jī)械傳感器的發(fā)展。
2、世界最小半導(dǎo)體激光器誕生
德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的物理學(xué)家們說，他們與臺(tái)灣和中國的同事們共同研究開發(fā)出了世界上最小的半導(dǎo)體激光器。“我們已經(jīng)開發(fā)出一種在低于3D衍射極限下運(yùn)行得很好的納米激光器設(shè)備，” 一位來自德克薩斯大學(xué)的物理學(xué)教授Chih-Kang “Ken” Shih在一則聲明中說，“我們相信我們的研究會(huì)對(duì)納米科技產(chǎn)生很大的影響。”
研究人員稱，這種新器件是由參雜了氮化銦鎵的氮化鎵異質(zhì)納米棒構(gòu)成的。這兩種合金是普遍用于LED的半導(dǎo)體。納米棒被安置在一層原子級(jí)薄的硅絕緣層銀膜頂層，研究人員說。
對(duì)于發(fā)展完全片上通信系統(tǒng)的芯片來說，納米激光器被看作是一很重要的組成部分。它將能夠阻止熱量積聚和在多個(gè)芯片間傳遞數(shù)據(jù)時(shí)信息的損失。
3、美制造出最小的無閾值室溫納米激光器
美國科學(xué)家們制造出迄今最小的室溫納米激光器以及一臺(tái)效率很高的無閾值激光器，其能讓所有光子都以激光形式進(jìn)行發(fā)射，不浪費(fèi)任何光子。
激光器越小，達(dá)到發(fā)射激光的閾值所需的抽運(yùn)功率越大。為了解決這一問題，科學(xué)家們?yōu)樾录す馄髟O(shè)計(jì)了一種新方法，使用共軸納米腔內(nèi)的量子電動(dòng)力效應(yīng)來減輕閾值限制。該激光腔包含有一個(gè)金屬棒，其被一圈金屬鍍層所包裹，通過修改該激光腔的幾何形狀，科學(xué)家們制造出了這種無閾值激光器。
這兩臺(tái)激光器需要的操作功率都非常低，這是一個(gè)重要的突破，這些小尺寸且超低功率的納米激光器可成為未來微型計(jì)算機(jī)芯片上的光學(xué)電路的重要元件。費(fèi)曼表示，這些高效的激光器可被用于增強(qiáng)未來光子通訊使用的計(jì)算芯片的能力，光子通訊領(lǐng)域需要使用激光器在芯片上遙遠(yuǎn)的點(diǎn)之間建立通訊鏈接。這種激光器需要的抽運(yùn)功率更少，也意味著傳送信息需要的光子數(shù)量也更少。
4、英國激光聚變?cè)O(shè)施將于2013年實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火
英國原子武器研究機(jī)構(gòu)（Atomic Weapons Establishment, AWE）正在規(guī)劃Orion巨型釹玻璃激光系統(tǒng)研究項(xiàng)目，該項(xiàng)目將在明年英國奧爾德瑪斯頓正式開展，2013年4月正式運(yùn)作。
該12光束激光系統(tǒng)總投資約1.83億英鎊（約折合2.97億美元），現(xiàn)已完成同步，并提供80％的額定輸出AWE稱Orion是“英國同類設(shè)施中最大規(guī)模的資本投資之一”，這在一定程度上歸因于設(shè)備使用了許多由英國、法國和美國的特定供應(yīng)商提供的超高精度光學(xué)儀器，用于轉(zhuǎn)換短脈沖光束的倍頻晶體就是其中的一種，它直徑為300mm，厚度僅為3mm，可使高強(qiáng)度脈沖達(dá)到較高的轉(zhuǎn)換效率。
5、美實(shí)驗(yàn)車載激光武器 打造“閃電戰(zhàn)車”
據(jù)國外媒體報(bào)道，美國陸軍的科學(xué)家們小組正在研發(fā)一款新式裝備，可裝載在戰(zhàn)車上并發(fā)射激光光速摧毀敵方目標(biāo)。
在實(shí)驗(yàn)過程中，研究人員發(fā)現(xiàn)地面存在低電阻的通道，于是萌生了使用激光束向目標(biāo)方向發(fā)射的想法，當(dāng)激光束接近目標(biāo)時(shí)，比如敵人的車輛將是一個(gè)良好的導(dǎo)體，可將引導(dǎo)大規(guī)模電流的指向并穿過其中。首席科學(xué)家喬治·菲舍爾認(rèn)為光速在氣體和固體中傳播的速度比真空中要慢很多，我們通常認(rèn)為在每種材料中光的傳播速度都為常量，但是光的除真空外介質(zhì)中傳播時(shí)，存在很小的附加限制因素作用于速度值。
6、挑戰(zhàn)雷神：科學(xué)家首次利用激光誘發(fā)產(chǎn)生閃電
據(jù)每日科學(xué)網(wǎng)報(bào)導(dǎo)，歐洲科學(xué)家在制造人工閃電方面取得重大突破，科學(xué)家們?cè)诿绹履鞲缰荩∟EWMEXICO）的鮑爾迪峰（Baldy Peak）利用激光高能誘發(fā)裝置成功誘發(fā)了經(jīng)過該地區(qū)高空烏云中的閃電，第一次成功實(shí)現(xiàn)了人類在自然條件下制造出人工閃電。
據(jù)報(bào)道，歐洲科學(xué)家是利用一種最新式的激光脈沖裝置，在高空烏云中制造出能導(dǎo)電的等離子體通道，借用云層的摩擦，從而制造出人工閃電的。這是人類歷史上首次利用激光制造出人工閃電，它將具有里程碑式的意義，這一新技術(shù)發(fā)展的下一步將是產(chǎn)生成熟的人工制造閃電技術(shù)，有可能帶來新的科技創(chuàng)新和替代能源。
7、激光冷卻技術(shù)將改變半導(dǎo)體材料世界
美國里海大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)工程教授Yujie Ding表示，激光冷卻將改善氮化鎵（gallium-nitride）性能， 氮化鎵是繼硅之后的又一重要的半導(dǎo)體材料。
Ding和Khurgin，正研究氮化鎵(GaN)，已經(jīng)成功地將反斯托克斯散射與斯托克斯散射的比率降低到2：1。氮化鎵，被認(rèn)為是繼硅之后最重要的半導(dǎo)體材料，被用于發(fā)光二極管(LEDs)和激光二極管。其他可能的應(yīng)用包括：能在高溫下運(yùn)行的高頻大功率晶體管，供衛(wèi)星使用的太陽能電池，生化傳感器，還因其具有相對(duì)的生物相容性，能夠作為電子芯片植入人體。
Ding說，目前研究人員將摻雜物添加到某晶體材料的晶格里面，實(shí)現(xiàn)了激光冷卻技術(shù)。但部分冷卻的晶格，實(shí)際上只是整個(gè)晶格十分微小的一部分。如果能夠?qū)崿F(xiàn)恰當(dāng)?shù)乃雇锌怂股⑸渑c反斯托克斯的比率，那么氮化鎵晶格的每個(gè)原子都會(huì)被冷卻，會(huì)有助于實(shí)現(xiàn)冷卻效果。
8、世界上首個(gè)2兆焦能量的紫外激光問世
世界最大激光器、被稱為“人造太陽”的美國國家點(diǎn)火裝置（NIF）近日所發(fā)射出的激光在經(jīng)過最后一個(gè)聚焦透鏡后，達(dá)到了2.03兆焦，在一舉打破紀(jì)錄的同時(shí)，也成為世界上首個(gè)2兆焦能量的紫外激光，其最終投向靶室的192束激光束射出了1.875兆焦（MJ）的能量。盡管超過了其1.8兆焦的設(shè)計(jì)能力，但激光系統(tǒng)并未有多余的損壞。
研究人員不肯透露何時(shí)會(huì)將這種能級(jí)的激光射向裝有燃料的聚變艙。而在真正“點(diǎn)火”中，即是將強(qiáng)烈激光射向燃料小球，聚變艙的內(nèi)部瞬間壓縮，致使燃料球發(fā)生爆裂引起燃料發(fā)生的核聚變反應(yīng)產(chǎn)生巨大能量。NIF的研究人員曾指出，該激光器就是成為第一個(gè)突破平衡點(diǎn)的設(shè)施在聚變反應(yīng)中，產(chǎn)生的能量大于所消耗的能量，實(shí)現(xiàn)“能量增益”，完成聚變點(diǎn)火。
9、歐洲發(fā)射“激光相對(duì)論衛(wèi)星”驗(yàn)證廣義相對(duì)論
據(jù)國外媒體報(bào)道，歐洲空間局將使用最新型的固體運(yùn)載火箭（織女星）發(fā)射“激光相對(duì)論衛(wèi)星”，以驗(yàn)證廣義相對(duì)論，該理論是現(xiàn)代物理學(xué)的基石之一。“激光相對(duì)論衛(wèi)星”關(guān)鍵部分為36厘米寬的袖珍“鏡球”，由金屬鎢制成，表面分布著92個(gè)洞。
“激光相對(duì)論衛(wèi)星”的在軌工作時(shí)，將由地基激光進(jìn)行反射式跟蹤。廣義相對(duì)論認(rèn)為引力的產(chǎn)生源于時(shí)空的曲率，如果該理論是正確的，那么地球的轉(zhuǎn)動(dòng)將拖帶著周圍時(shí)空一起旋轉(zhuǎn)，將會(huì)擾動(dòng)衛(wèi)星軌道。雖然廣義相對(duì)論是目前普遍接受的引力理論，但是如果采用更加精確的測(cè)量系統(tǒng)，它可能會(huì)出現(xiàn)瑕疵。由美國宇航局發(fā)射的“引力探測(cè)B”衛(wèi)星之前去取得了預(yù)期軌道變化值的19%，而較早的引力探測(cè)器可在10%之內(nèi)，這說明“引力探測(cè)B”衛(wèi)星遇到了問題。
10、美開發(fā)出“超輻射”激光器
美國天體物理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室（JILA）的物理學(xué)家展示了一種新型的“超輻射”激光器設(shè)計(jì)，或可比現(xiàn)今最好的可見激光穩(wěn)定100倍至1000倍。這種類型的激光能提升最先進(jìn)的原子鐘的性能，并有助于促進(jìn)通信和導(dǎo)航等相關(guān)技術(shù)的改進(jìn)。
在實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家首先會(huì)囚禁位于鏡面之間激光中的原子，隨后使用其他低功率的激光調(diào)整比率，使原子在兩個(gè)能量級(jí)之間往返。每當(dāng)降至較低的能量級(jí)時(shí)，原子將放射出光子。一般情況下，原子每秒僅會(huì)放射一個(gè)光子，但它們的關(guān)聯(lián)行為能使比率提升1萬倍，生成光的“超輻射”。這種“受激發(fā)射”也切合了激光的定義。
