本文转自：科学网作者｜贺涛短短5天内|博士生一作发布重要成果！发现反直觉物理现象( 二 ) 本文转自：科学网

通过仔细研究，王智鑫发现，光在激光器的腔体里传播时，其实是一直被束缚在一个比较狭小的“管道”（波导）里。当光被镀金膜反射后，有一部分“跑”掉了，无法重新进入到“管道”里。如果在镀金膜上打一个精确设计的小圆孔，那么这个圆孔实际上会起到透镜的作用，把反射的光重新“聚焦”到“管道”里。

文章图片
金属镀膜上的小孔实现类似于聚焦的效果
相比于没有打孔的情况，这时虽然有光透射出去，出光功率提高了，但是有更多原本耗散掉的光，又被聚焦到了“管道”里，所以进入“管道”的反射光也变强了。于是，在提高激光器出射功率的同时，损耗也降低了。
王智鑫告诉《中国科学报》，这是传统几何光学无法解释的现象，是在特殊条件下才会出现的现象。
原理搞清楚了，经过反复的探索和尝试，这一结果最终成功得到了实验的验证。研究者在激光器两边的金属镀膜上，先后打开了两个直径950纳米的圆孔，这不仅将激光器的出射功率大幅提高，而且最终功耗比之前的世界纪录降低了40%以上。
当王智鑫将实验成果向导师展示时，杰罗姆兴奋地说， “I'mveryexcited.Itmademyday.”（我太激动了，它让我一天都很开心）。
简单本身，就是一种美。双面镀金，本是最简单、最基础的低损耗设计；打孔，也是最直观、最本能的出光办法。把这些极简的设计组合在一起，竟然实现了有违直觉的现象，还突破了一个指标的世界纪录。
在王智鑫看来，这正是物理学“美”的一面。
导师人设：一半是物理学家，一半是工程师
王智鑫的导师杰罗姆，以在量子级联激光器发明中的核心作用而闻名。
1994年，全球第一台QCL由杰罗姆，著名的应用物理学家费德里科·卡帕索（FedericoCapasso）和华人科学家卓以和等共同研制。

文章图片
ETH物理学家杰罗姆·法斯特
杰罗姆的Googleschoolar引用数超过4.5万， H指数达104 ，在该领域内具有很高排名。圈内还有传闻称，杰罗姆因在QCL上的卓越贡献，曾经被列为诺贝尔奖提名。
【本文转自：科学网作者｜贺涛短短5天内|博士生一作发布重要成果！发现反直觉物理现象】在QCL发明之前，半导体激光器的发射波长主要在可见光和近红外波段；QCL的问世，直接将半导体激光器的应用范围拓展到中远红外和太赫兹波段。目前，其主要应用于环境检测、痕量气体检测等，此外，在军事方面也有重要应用，如激光制导、毒气检测、激光雷达、自由空间通讯等。
世界著名的瑞士少女峰山顶上，就有一台QCL 。十余年来，它一直在持续监测大气层中二氧化碳的浓度。
目前， QCL的功耗基本都在10瓦以上，相当于家用照明LED灯泡的功率。在工作时，这种器件依赖于强大的散热系统——它们往往非常笨重，难以便携移动——从而制约了QCL在类似无人机这样的移动平台上使用。
突破尺寸和能耗的制约，是杰罗姆的一个梦。从商业价值来说，如果有一天能将QCL装进手机里，那应用场景就普及了。
王智鑫喜欢举垂直腔面发射激光器（VCSEL）的例子，来说明一项研究所蕴含的商业价值。
VCSEL随着尺寸和能耗的缩小，经历了两次大发展。第一次就是VCSEL用于光电鼠标，产业规模瞬间就爆了；第二次就是智能手机引入VCSEL ，当作3D传感摄像头的关键元器件。找到一个普适性场景，就能极大地提高商业价值。