NASA研发新型激光器 在未来可帮助宇航员寻找月球上的水

导读：来自美国宇航局戈达德太空飞行中心的工程团队开发了一块小巧却强大的激光器，在未来能够帮助宇航员寻找月球上的水。

来自美国宇航局戈达德太空飞行中心的工程团队开发了一块小巧却强大的激光器，在未来能够帮助宇航员寻找月球上的水。该激光器的体积比美分硬币海啸，利用量子力学效应产生太赫兹（THz）范围内的光束，用于寻找隐藏的水。

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。