傑夫·布魯姆菲爾德，來自自然雜誌
物理學家們利用備用化學品、從eBay上購買的雷射器以及深夜爭吵帶來的煩惱，製造出了世界上首個室溫微波雷射器。
這一成就距離首批笨拙的此類裝置問世已有近60年，並可能徹底改變通訊和太空探索。這項工作本週發表在自然雜誌上。
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在雷射器出現之前，就已經有了微波雷射器，即激射器。早期的激射器機器在20世紀50年代由蘇聯和美國率先構想，體積相當於一個五斗櫥。它們只能產生幾納瓦的功率，嚴重限制了它們的用途。
由於這種障礙，該領域的大多數人放棄了激射器，轉而研究雷射器，後者使用相同的物理原理，但使用的是光而不是微波。雷射器現在被廣泛應用於從眼科手術到CD播放器的各種領域。
可憐的激射器在默默無聞中繼續存在。它只找到了一些小眾用途，例如增強來自遙遠航天器的無線電訊號——包括美國宇航局的好奇號火星探測器。這些激射器只有在冷卻到絕對零度以上十度以下時才能工作，而且即使在這種情況下，它們的功率也遠不如雷射器。
粉紅色的力量
但英國泰丁頓國家物理實驗室的物理學家馬克·奧克斯伯勒想知道，含有有機分子並五苯的晶體是否可能帶來突破。他偶然發現了一篇由日本研究人員十年前發表的出版物，該出版物表明，當並五苯中的電子被雷射激發時，它們會進行配置，使該分子可以作為激射器工作，甚至可能在室溫下工作。
奧克斯伯勒招募了兩位同事——倫敦帝國理工學院的材料科學家喬納森·布里茲和尼爾·阿爾福德——開始測試這一建議。他從帝國理工學院的一個實驗室借了一些備用的並五苯，並將其與另一種名為對三聯苯的有機分子一起煮。結果是一個幾釐米長的粉紅色晶體。
接下來，該團隊需要一個強大的雷射器。奧克斯伯勒在eBay上找到了一臺舊的醫用雷射器，並開車到倫敦北部的一個倉庫將其取走。但是研究人員充滿了疑慮——整件事似乎太容易了。奧克斯伯勒承認他對這個實驗感到有些膽怯。“大約三天，我本來可以做到，但我沒有勇氣按下那個按鈕，”他說。
最終的推動力來自於與妻子的爭吵。有些人可能會在酒吧裡消沉，“我把去實驗室當成一種治療方式，”奧克斯伯勒說。“我說，‘好吧，管它的，我們試一下。’而且它第一次就成功了。”
激發態
雷射使並五苯分子激發到一種稱為亞穩態的能級。然後，透過晶體的微波觸發分子弛豫，釋放出相同波長的級聯微波。
這與光學雷射器的原理相同。“從中發出的訊號非常巨大，”奧克斯伯勒說，大約是現有激射器的 1 億倍。獨自在實驗室裡，“我罵了很多，並在走廊裡走了大約五次，自言自語。”
“這是一項相當大的成就，”曾幫助開發最早的固態雷射器的退休物理學家西里爾·希爾瑟姆說。“它展現了偉大的原創性和強大的能力。”
希爾瑟姆說，奧克斯伯勒的裝置可以簡化和改進激射器。從長遠來看，它可以在通訊中找到用武之地，但首先需要進行改進。
奧克斯伯勒同意，仍有很大的改進空間。由於不太擅長化學，他在嘗試製造時燒燬了演示晶體。“我做了一個焦糖布丁，”他不好意思地說。
鑑於燒焦的晶體還能工作，他說，一個更整齊的晶體可以將效率至少提高三倍。希爾瑟姆補充說，還會發現其他技巧來改進激射器。“你可以非常肯定，這絕不是故事的結尾，”他說。