【环球新视野】NASA研发新型激光器在未来可帮助宇航员寻找月球上的水

【资料图】

在过去十多年时间里通过 Chandrayaan-1 等任务，我们一直确认的一点是月球上存在着水。该轨道器使用光谱仪对月球表面进行成像，该光谱仪测量不同波长光的反射和吸收，从而可以揭示存在的物质的成分，包括水分子。

尽管这些仪器非常实用，但它们的灵敏度无法区分水和类似形式（如游离氢离子和羟基）。更精确的仪器称为外差光谱仪（heterodyne spectrometers），通过将入射光与设备中的激光相结合，然后测量两个光源之间的差异，专注于更紧凑的频率范围。

戈达德工程师设计了一种可以调谐到水所在太赫兹频率的设备。现有的产生太赫兹波的振荡器和激光器是体积庞大、笨重且耗能，但他们设法将设计缩小到硬币大小。为此，该团队利用了一些奇怪的量子技巧。

该团队设计的设备叫做量子级联激光器，它由一系列超薄半导体材料层组成。发射的光子进入这道屏障——由于这些层太薄，光子更有可能忽略屏障而出现在另一侧，这种现象称为量子隧穿。

当一个光子到达另一边时，它会激发其他光子，因此当它们穿过设备中堆叠的 80 到 100 层时，最终结果是一串具有太赫兹能量的光子级联。波导和薄光学天线使光束聚焦更长时间。

该团队表示，即使配备电源、处理器和光谱仪等硬件，整个系统也可以装入茶壶大小的设备中。这意味着未来的宇航员有可能使用手持版本在月球、火星或其他天体上寻找水。

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