據(jù)麥姆斯咨詢報道，美國橡樹嶺國家實驗室（ORNL）和內布拉斯加州大學林肯分校展示了如何通過穿過光纖尖端的激光脈沖刺激光纖尖端發(fā)射出電子。

早期研究表明，光纖的納米尖端在受到光刺激時可以用作電子源。但直至今日，必須依靠來自外部的光源刺激，并且需與納米尖端的頂點完全對齊。

光纖納米尖端電子產(chǎn)生示意圖

該項目的研究成果發(fā)表在期刊New Journal of Physics。論文指出電子發(fā)射可以通過沿光纖本身傳播的激光脈沖來實現(xiàn)。這種方式能夠讓電子的發(fā)射角度或位置突破其他方式無法完成的壁壘，從而實現(xiàn)更有效的納米級成像和傳感應用。

內布拉斯加州林肯大學Herman Batelaan談到：“以前，激光必須跟蹤光纖尖端，這從技術角度來講是非常困難的。這種難度限制了拍攝速度和拍攝位置?！?/p>

這項突破的關鍵在于找到降低所需激光功率的電子發(fā)射機制，特別是精心設計的光纖納米尖端。如果光纖的終端是尺寸正確的錐形鍍金納米尖端，據(jù)研究小組的計算表明，穿過光纖的激光脈沖場強將在尖端顯示出明顯的熱點，足以激發(fā)出電子。

等離子體：打開問題的“鑰匙”

為了驗證這一理論，內布拉斯加州林肯分校的團隊讓飛秒激光通過光纖發(fā)出超短激光脈沖，該光纖的納米尖端半徑為50nm，涂有一層金薄膜，由ORNL制造。

使用500nm ~ 740nm波長的激光測試證實，鍍金納米尖端確實能受控激發(fā)出電子。結果還表明，特定波長的激光能增強納米尖端頂點的電場，這種行為被認為與表面等離子體激元有關。

內布拉斯加州林肯分校的Sam Keramati說：“將飛秒激光調諧到正確的波長（又稱為表面等離子體激元共振波長），會發(fā)現(xiàn)超過閾值的發(fā)射。表面等離子體激元共振表明電子在金屬表面發(fā)生集體振蕩。當電子從光子吸收足夠的能量，獲得發(fā)射的初始動能時，就會發(fā)生超過閾值的發(fā)射?！?/p>

理論已經(jīng)得到證明，接著該項目還發(fā)現(xiàn)，只要提高納米尖端的電壓來進行補償，就可以用功率較小的連續(xù)波激光器獲得相似的結果。研究小組認為，這代表了激發(fā)納米尖端電子發(fā)射的最小激光強度。

Batelaan指出：“現(xiàn)在，只需要花10美元購買一個二極管激光器，您不用再花很多錢去購買那些功能強大卻很昂貴的激光器了。”

壓縮光：顯微鏡的實用光源

ORNL展示的第二項突破技術表明，實驗室使用壓縮光測量原子力顯微鏡的微懸臂梁位移時，這被視為非線性干涉量度術的首個實際應用。

壓縮光是一種在非線性光學過程中產(chǎn)生的特定狀態(tài)，其電場的固有噪聲低于在真空中的固有噪聲，因此是量子計量學的一項重要技術。

據(jù)ORNL稱，該項目使用壓縮光代替激光測量原子力顯微鏡的微懸臂梁位移，其靈敏度相比傳統(tǒng)光子學技術提高了50%。

ORNL材料科學與技術學院Ben Lawrie介紹：“我們展示了如何使用壓縮光——一種量子信息科學的強大工具——作為顯微鏡的實用光源。我們測量了原子力顯微鏡微懸臂梁的位移，其靈敏度優(yōu)于標準量子極限。”