用雷射光在奈米材料上畫圖

奈米材料如何成為奈米科技,關鍵在於奈米圖案化技術,如電子束微影,這技術利用電子束在材料表面製作圖案,可達到奈米級解析度,並可製作奈米級電子元件,另一種技術是透過雷射在材料表面進行加工,然而,這些方法昂貴且複雜。哥倫比亞大學提出一種利用中紅外光與材料共振的新技術,能低成本且高解析度地製作奈米圖案,而這項作法看起來像是在為材料「解開拉鍊」一樣,這樣的方式為奈米科技的發展提供了新的方向。

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雷射系列三:增益物質原理與激發來源

■我們在系列一介紹了雷射光的特質:強度大、波長單一且具同調性;系列二解釋共振腔及增益物質的交互作用;系列三要來談談增益物質原理及激發來源。「增益物質」英文為 gain material,雷射術語中 gain 即為放大。增益物質將光放大的原理為受激輻射(Stimulated Emission),與受激輻射對應的為自發輻射(Spontaneous emission)。兩者分別為雷射與發光二極體 (LED) 的工作原理,兩者的目的都是發光,但性質與過程卻大相逕庭,因此在解釋增益物質原理前必須先了解二者差異。

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雷射系列二:如何產生雷射?

在雷射系列一介紹雷射的性質後,系列二我們來談談雷射怎麼形成的。雷射的成因是「光在共振腔內共振並藉由增益物質(gain media)將能量放大」。光的本質是波動,要理解這句話,可以從比較簡單的波動現象解釋。下圖(a)為繩子固定於牆兩端形成駐波之示意圖,駐波的成因是共振,意即兩面牆形成一個共振腔(resonator),讓特定頻率的駐波存在,同時儲存駐波能量使其不會散逸。

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