環球熱訊:NASA研發新型激光器 在未來可幫助宇航員尋找月球上的水

(資料圖)

在過去十多年時間里通過 Chandrayaan-1 等任務，我們一直確認的一點是月球上存在著水。該軌道器使用光譜儀對月球表面進行成像，該光譜儀測量不同波長光的反射和吸收，從而可以揭示存在的物質的成分，包括水分子。

盡管這些儀器非常實用，但它們的靈敏度無法區分水和類似形式（如游離氫離子和羥基）。更精確的儀器稱為外差光譜儀（heterodyne spectrometers），通過將入射光與設備中的激光相結合，然后測量兩個光源之間的差異，專注于更緊湊的頻率范圍。

戈達德工程師設計了一種可以調諧到水所在太赫茲頻率的設備。現有的產生太赫茲波的振蕩器和激光器是體積龐大、笨重且耗能，但他們設法將設計縮小到硬幣大小。為此，該團隊利用了一些奇怪的量子技巧。

該團隊設計的設備叫做量子級聯激光器，它由一系列超薄半導體材料層組成。發射的光子進入這道屏障——由于這些層太薄，光子更有可能忽略屏障而出現在另一側，這種現象稱為量子隧穿。

當一個光子到達另一邊時，它會激發其他光子，因此當它們穿過設備中堆疊的 80 到 100 層時，最終結果是一串具有太赫茲能量的光子級聯。波導和薄光學天線使光束聚焦更長時間。

該團隊表示，即使配備電源、處理器和光譜儀等硬件，整個系統也可以裝入茶壺大小的設備中。這意味著未來的宇航員有可能使用手持版本在月球、火星或其他天體上尋找水。