Broadband light source using an extended cavity tapered laser with volume Bragg grating
作者开发了一种基于体积布拉格光栅稳定化的外腔渐扩放大器 200 mW 宽带光源，该光源提供约 2 cm⁻¹ 的光谱带宽，并通过成功的碘吸收光谱实验展示了用于冷却双原子分子的潜力。
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人们通常认为光是一种单一、纯净的颜色，就像激光笔那尖锐的红光束一样。然而，在精密科学领域，研究人员经常需要的不只是单一颜色的光，而是同时包含多种颜色的、宽广且受控的光谱分布。当科学家试图研究复杂的分子（例如构成大气层的大部分二原子气体）时，情况尤其如此。为了理解这些分子的运动、振动和旋转方式，科学家必须照射能够同时触发多种不同内部变化的特定光线。多年来，创造一种既有足够实用功率，又能覆盖所有必要颜色的光源，一直是一个难以平衡的挑战。如果光谱太窄，光线会错过大部分分子跃迁；如果太宽且不受控制，信号就会变成一片混乱的模糊。
巴西圣保罗大学的一个研究小组开发了一种生成这种特定类型光的新方法。他们制造了一个设备，可以将标准激光器的颜色范围拉伸成一个宽阔且稳定的频带，同时不损失其功率。他们发明的核心是一个形状像楔形的特殊激光放大器，其末端逐渐变宽以处理更多能量。为了防止这种强光变得混乱，他们在路径中放置了一个体布拉格光栅。这个组件就像一面非常具有选择性的镜子，只将特定窗口范围内的颜色反射回激光器，从而迫使设备在定义的范围内运行。其结果是产生了一种明亮、稳定且覆盖红外光谱中约 2 cm⁻¹ 跨度的光源，输出功率高达 200 mW。
研究人员不仅制造了该设备，还投入了大量精力来证明其精确的工作原理和稳定性。为了清晰地观察光线，他们构建了一个定制的光谱仪，这是一种旨在极高精度下将光分解为单个颜色的机器。该仪器使用了一种巧妙的组合：一种专门的玻璃艾托（etalon）和一个衍射光栅，将光展开成相机传感器上的二维图谱。通过分析这张图谱，团队可以测量光束的确切形状和强度。他们发现，由于光在设备内部来回反射的方式，光色的范围宽度大约是所使用的镜子允许的最大范围的三分之一。他们还发现，通过调节镜子的角度，可以向上或向下平移整个颜色范围，而通过改变激光器的电流，则可以在不改变颜色的情况下控制亮度。
为了测试他们新光源的可靠性，团队让它连续运行了一天半，每三小时检查一次输出。他们将测试开始时的光谱形状与结束时的形状进行了对比。结果显示，光线保持得非常一致，颜色模式几乎保持不变，功率波动小于百分之三。这种长期稳定性对于那些需要长时间设置和运行的实验至关重要。最后，为了展示这项工作的实际价值，他们利用这束光研究了碘气。通过将宽波束照射通过一个装有加热碘蒸气的容器，他们记录了气体吸收特定颜色的过程。他们捕捉到的模式与已知的碘数据完美匹配，证明了即使在覆盖广泛范围的同时，他们的光源依然足够锐利，能够分辨出精细的细节。
这项工作为那些需要操纵分子内部状态的科学家提供了一个强大的工具。因为这种光可以同时作用于许多不同的分子跃迁，它为冷却和控制双原子分子的运动打开了大门，而这类操作此前一直难以实现。研究人员已经证明，拥有一个既宽广又稳定的激光器是可能的，这为未来的分子物理学和光谱学研究提供了一个多功能的平台。该设备提供了一个可调控且值得信赖的可控高功率光束，将一个复杂的光学挑战转化为了可靠的探索工具。
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