耶魯大學(xué)開(kāi)發(fā)的一種新型半導(dǎo)體激光器有望顯著提高下一代高科技顯微鏡、激光投影儀、光刻、全息攝影和生物醫(yī)學(xué)成像的圖像質(zhì)量。

基于混沌空腔激光技術(shù)，該技術(shù)結(jié)合了傳統(tǒng)激光器的高亮度優(yōu)點(diǎn)和發(fā)光二極管(LEDs)的低圖像損毀性?xún)?yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，尋求高速、全景成像應(yīng)用所需的更好光源，已經(jīng)成為該研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。

來(lái)自耶魯大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)、電子工程和生物醫(yī)學(xué)工程院系以及耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院放射診斷學(xué)方面的科學(xué)家在2月3日出版的《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》對(duì)這種新型激光器進(jìn)行了報(bào)道(PNAS， 2015， 112， 5， 1304-01309， DOI： 10.1073/pnas.1419672112)。

研究論文的共同作者、應(yīng)用物理學(xué)與物理學(xué)教授A. Douglas Stone說(shuō)道：“許多基礎(chǔ)研究最終都發(fā)展為有社會(huì)價(jià)值的重大發(fā)明，混沌空腔激光技術(shù)就是其中一個(gè)。此前，所有基礎(chǔ)工作主要是為了了解尚未投入應(yīng)用的激光類(lèi)別——隨機(jī)激光和混沌激光。最終，通過(guò)相關(guān)學(xué)科知識(shí)的綜合運(yùn)用，我們發(fā)現(xiàn)這些激光正好可以解決成像和顯微鏡方面的很多問(wèn)題。”

在這些問(wèn)題中有一個(gè)被稱(chēng)為“散斑”(speckle)，是一種隨機(jī)的、粒狀的圖案，由較高的空間相干性(high spatial coherence)引起。在傳統(tǒng)激光器中，較高的空間相干性會(huì)嚴(yán)重影響成像效果。一種避免散斑的方法是使用LED光源，但對(duì)于高速成像來(lái)說(shuō)，LED光源的亮度不夠。

這種新型的電泵浦半導(dǎo)體激光器提供了一種不同的解決方案，在產(chǎn)生強(qiáng)烈光發(fā)射的同時(shí)，具有很低的空間相干性。

“對(duì)于全景成像，散斑的對(duì)比度應(yīng)該低于4%，這樣才能避免對(duì)人們的觀(guān)察產(chǎn)生干擾。”該論文的通訊作者、應(yīng)用物理學(xué)教授Hui Cao說(shuō)道，“正如我們文章中展示的那樣，標(biāo)準(zhǔn)邊射型激光器產(chǎn)生的散斑對(duì)比度高達(dá)50%，而我們的激光器的散斑對(duì)比度只有3%左右。所以這種新型激光器完全消除了全景成像中所遇到的問(wèn)題。”

該論文的共同作者、放射診斷和生理醫(yī)學(xué)助理教授Michael A. Choma說(shuō)：“激光散斑是將激光應(yīng)用于臨床診斷的最主要的障礙，我們開(kāi)發(fā)這種無(wú)散斑的激光器是極有意義的，而考慮將這一技術(shù)應(yīng)用到臨床診斷，開(kāi)發(fā)出一種新的臨床診斷方法也是很令人興奮的。”