本文采用中心波長為888nm的激光二極管作為抽運(yùn)源，減輕了Nd∶YVO4晶體中的熱效應(yīng)。通過合理的諧振腔設(shè)計(jì)，擴(kuò)大激光晶體處的基模尺寸和振蕩光在凹面腔鏡處的入射角，減輕了激光晶體內(nèi)部的熱效應(yīng)和諧振腔像散，提高了激光器的輸出功率。采用四鏡環(huán)形腔選模的辦法，獲得穩(wěn)定的高功率單頻激光輸出。在吸收的抽運(yùn)功率為67．5W時(shí)，實(shí)現(xiàn)了最高功率為21．5W的532nm單頻激光輸出，其8h功率穩(wěn)定性優(yōu)于±1％，光束質(zhì)量犕2＜1．1，光光轉(zhuǎn)換效率為31．9％。

　　1、引　　言

　　全固態(tài)高功率單頻綠光激光器可廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域，比如抽運(yùn)鈦寶石激光器或染料激光器，精確測(cè)量和高分辨率的激光光譜實(shí)驗(yàn)。然而，在高功率抽運(yùn)的條件下，激光增益介質(zhì)中會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的熱效應(yīng)，這就限制了激光功率和光束質(zhì)量的進(jìn)一步提高。因此，目前高功率固態(tài)激光器研究的熱點(diǎn)，主要是集中在研究激光晶體熱效應(yīng)特性和減輕激光晶體中的熱效應(yīng)上。減輕激光晶體熱效應(yīng)的方法包括采用復(fù)合增益介質(zhì)，低摻雜晶體，雙端抽運(yùn)方式或者直接抽運(yùn)的方式。

　　目前已有多種方法能使激光器達(dá)到單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)，例如用扭轉(zhuǎn)模腔、短腔諧振、標(biāo)準(zhǔn)具選模及雙折射濾光片選模等。但在設(shè)計(jì)高功率輸出內(nèi)腔倍頻激光器時(shí)，大多仍是利用環(huán)形諧振腔，消除空間燒孔效應(yīng)進(jìn)行選模。然而，由于環(huán)形腔包含的腔內(nèi)元件太多，因而增加了激光器的內(nèi)腔損耗，不利于高功率單頻激光器的獲得。關(guān)于高功率單頻激光器的研制，國外主要以美國的相干公司為代表，形成了VerdiV系列的單頻綠光光源，在采用中心波長為808nm抽運(yùn)源的情況下，其最高輸出功率為18W；德國的ELS公司則采用薄片晶體，實(shí)現(xiàn)了最高輸出功率為15W的單頻綠光光源。在國內(nèi)，山西大學(xué)光電研究所長期從事全固態(tài)單頻激光器的研究工作，但是受激光晶體熱效應(yīng)的影響，限制了激光器輸出功率的提高。

　　本文采用楔形Nd∶YVO4晶體作為增益介質(zhì)改善了激光器的穩(wěn)定性，在單端抽運(yùn)情況下，使用環(huán)形諧振腔選模技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高功率單頻綠光激光輸出。采用中心波長為888nm的激光二極管（LD）作為抽運(yùn)源，減輕了激光晶體的熱效應(yīng)。通過合理的環(huán)形諧振腔設(shè)計(jì)，盡量保證在增益介質(zhì)處獲得較大的基模尺寸并且縮小諧振腔腔鏡處振蕩光的入射角度，減輕了增益介質(zhì)處的熱效應(yīng)和環(huán)形腔的像散，提高單頻激光的輸出功率。在吸收的抽運(yùn)功率為67．5W時(shí)，單頻綠光的最大輸出功率達(dá)到了21．5W，犕2＜1．1，光光轉(zhuǎn)換效率為31．9％，光斑的橢圓率優(yōu)于0．16，輸出綠光8h功率穩(wěn)定性優(yōu)于±1％。

科學(xué)家們認(rèn)為，他們的“維生素激光器”最終有望用作生物傳感器來探測(cè)特定的疾病。美國塔夫斯大學(xué)的生物光子學(xué)專家費(fèi)奧倫茨·奧門托教授認(rèn)為，盡管這種維生素激光器令人激動(dòng)，但實(shí)際應(yīng)用可能還需等幾年時(shí)間。

　　具有量子特性的海藻

　　奧地利維也納大學(xué)的研究人員正在研究簡單的水中生物，以便進(jìn)行一項(xiàng)經(jīng)典的物理學(xué)實(shí)驗(yàn)——楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)被認(rèn)為是物理學(xué)史上最美麗的十大科學(xué)實(shí)驗(yàn)之一，因?yàn)槠渫昝赖卣故玖宋锢韺W(xué)中一個(gè)令人驚奇的原理：粒子能像波一樣運(yùn)動(dòng)這一量子力學(xué)效應(yīng)。

　　楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)表明，電子等很多粒子都具有這一效應(yīng)。當(dāng)粒子撞擊一塊有兩個(gè)開口的屏幕（雙縫）時(shí)，人們起初認(rèn)為，粒子會(huì)通過其中的一條縫，在另外一邊的一塊屏幕上制造出兩個(gè)完全不同的頂點(diǎn)。但結(jié)果表明，這些粒子會(huì)像波一樣同時(shí)通過雙縫，且當(dāng)雙縫之間的間隙同粒子的波長差不多時(shí)，另一邊的屏幕上會(huì)出現(xiàn)一種干涉圖案。

　　科學(xué)家們驚奇地發(fā)現(xiàn)，如果雙縫足夠小而且探測(cè)方法足夠精確的話，比電子更大的粒子甚至分子也會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。

　　盡管人們需要昂貴的納米設(shè)備來制造足夠小且足夠精確的雙縫來進(jìn)行這類實(shí)驗(yàn)，但維也納大學(xué)的科學(xué)家們現(xiàn)在證明，透明雙肋藻的骨架上布滿了間距為200納米的小孔，其可以很好地做到這一點(diǎn)。這樣，人們幾乎不費(fèi)吹灰之力，就可以使用從水中免費(fèi)獲得的工具來展示量子屬性了。

　　混合太陽能技術(shù)

　　美國能源部下屬的能源高級(jí)研究計(jì)劃署（ARPA-E）表示，目前太陽能正變得越來越便宜，但其獨(dú)有的間歇性使其只能在某些時(shí)段某些地方展“身手”，僅占美國總能耗的5%。

　　有鑒于此，ARPA-E將投入3000萬美元，對(duì)幾個(gè)讓光伏技術(shù)和太陽光熱技術(shù)“聯(lián)姻”的示范項(xiàng)目提供資助，這樣的“混合太陽能”技術(shù)有望在晚上和陰天都工作，相關(guān)研究目前還處于初始階段。

　　有些光熱電站需要將太陽光集中在細(xì)小且超高效的太陽能電池內(nèi)，但聚集的太陽光產(chǎn)生的熱會(huì)消散在大氣中。如果這些熱能被收集起來，它們就能被存儲(chǔ)起來以供日后發(fā)電使用。不過做到這一點(diǎn)，需要比較高的溫度，而高溫會(huì)破壞太陽能電池，研究人員正在研制耐高溫能力更強(qiáng)的太陽能電池。

　　另一種可行的辦法是將太陽光光譜分開。太陽能電池很擅長將某些光轉(zhuǎn)化為電，但對(duì)另一些光波則無能為力。人們可以讓無法被有效利用的光另謀出路，用其來加熱水并產(chǎn)生蒸汽。據(jù)美國麻省理工學(xué)院《技術(shù)評(píng)論》雜志報(bào)道，塔爾薩大學(xué)的機(jī)械工程學(xué)教授托德·奧塔尼卡正在踐行這一理念。他利用懸浮在透明液體中的納米粒子來吸收太陽光光譜中波長較長的光以產(chǎn)生熱并存儲(chǔ)起來，而另外一部分波長較短的光則通過納米粒子到達(dá)一塊太陽能電池內(nèi)從而變成電力。納米鉆石溫度計(jì)

　　科學(xué)家們目前已經(jīng)擁有一整套顯微技術(shù)，可以方便地觀察到細(xì)胞內(nèi)部發(fā)生的事情，但他們卻沒有辦法精度地測(cè)量細(xì)胞內(nèi)的溫度變化，而這樣的測(cè)量結(jié)果或許有助于加強(qiáng)我們對(duì)于受溫度影響非常大的基因表達(dá)和細(xì)胞新陳代謝等生物機(jī)制的理解。

　　為此，美國哈佛大學(xué)的科學(xué)家們用細(xì)小的鉆石晶體制造出一種納米溫度計(jì)，因?yàn)楠?dú)一無二的量子屬性，其在測(cè)量溫度變化時(shí)的精度高達(dá)百分之二攝氏度。

　　他們將這一鉆石溫度計(jì)同金納米粒子（金納米粒子被激光激發(fā)后，可以作為發(fā)熱元件使用）一起注入活體細(xì)胞內(nèi)，細(xì)胞內(nèi)部的溫度變化可以由納米鉆石發(fā)射出的熒光光譜標(biāo)示出來。

　　這種納米鉆石溫度計(jì)除了可以為科學(xué)家們提供細(xì)胞生物學(xué)的新信息外，還能幫助研究人員研發(fā)一些與控制加熱有關(guān)的療法，比如殺死惡性腫瘤等。