耶魯大學(xué)開發(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)點和發(fā)光二極管(LEDs)的低圖像損毀性優(yōu)點。近年來，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。

來自耶魯大學(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《美國國家科學(xué)院院刊》對這種新型激光器進行了報道(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說道：“許多基礎(chǔ)研究最終都發(fā)展為有社會價值的重大發(fā)明，混沌空腔激光技術(shù)就是其中一個。此前，所有基礎(chǔ)工作主要是為了了解尚未投入應(yīng)用的激光類別——隨機激光和混沌激光。最終，通過相關(guān)學(xué)科知識的綜合運用，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題。”

在這些問題中有一個被稱為“散斑”(speckle)，是一種隨機的、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嚴重影響成像效果。一種避免散斑的方法是使用LED光源，但對于高速成像來說，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)生強烈光發(fā)射的同時，具有很低的空間相干性。

“對于全景成像，散斑的對比度應(yīng)該低于4%，這樣才能避免對人們的觀察產(chǎn)生干擾。”該論文的通訊作者、應(yīng)用物理學(xué)教授Hui Cao說道，“正如我們文章中展示的那樣，標準邊射型激光器產(chǎn)生的散斑對比度高達50%，而我們的激光器的散斑對比度只有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：“激光散斑是將激光應(yīng)用于臨床診斷的最主要的障礙，我們開發(fā)這種無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，開發(fā)出一種新的臨床診斷方法也是很令人興奮的。”