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A high-finesse optical cavity consists of two mirrors, which traps and accumulates the photons emitted by the ion into a mode. The ion is excited cyclically by an external laser and at each cycle a photon is added to the cavity mode, which amplifies the light. (Credit: Piet Schmidt)
單原子雷射並非首次問世，但據美國《每日科學Science Daily》網站2010年3月31日報導，奧地利因斯布魯克大學(University of Innsbruck)研究小組最新實現的更高能量單原子雷射，不但具有傳統雷射的屬性，還展示了單個原子相互作用的量子力學性質。
在傳統型雷射中，光學性質活躍的物質被放置在兩面鏡子之間的一個空腔內，然後用電流或另一束雷射將其激發。光學性質活躍的物質所發射出的光子被反射再次穿過物質，會激發更多光子的發射，最終產生雷射。系統中單個電子或光子的量子漲落對整個雷射幾乎沒有影響。
單個原子雷射，其雷射出自於單個原子。首先對於雷射系統性能而言，其工作臨界位能值(laser threshold)條件具有非常重要的意義。因斯布魯克大學的科學家瑞納•布拉特(Rainer Blatt)與皮特•施密特(Piet Schmidt)領導的研究小組，展示了雷射低限能值高度完美化的最小可能：單個原子可在光學腔中單模交互。被“囚禁”在離子阱中的單一鈣離子，因接受外部雷射刺激而活躍，釋放出一個光子。由兩面鏡子組成的高精度光學腔，能捕捉並聚集該光子，離子迴圈的每個週期都有一個光子被添加到腔洞系統中，使光線得以增強。
單原子雷射可促進人們瞭解單個原子與單個光子之間的相互作用，由單原子雷射產生的非經典光將實現對光子流量的精細控制，在光子資訊工程中具有很大的應用前景。自1958年研製成功以來，雷射就被冠以“最快的刀、最準的尺”之名。但現今的這項技術正在將此概念延伸到一個全新的領域。
該項成果發表於最新一期《自然—物理學》（Nature Physics）雜誌上。（來源：科技日報 張夢然）
Science Daily原文報導
From a Classical Laser to a 'Quantum Laser'
nature physics原文論文
Quantum to classical transition in a single-ion laser
Published online: 28 March 2010 | doi:10.1038/nphys1627
François Dubin1,2, Carlos Russo1,4, Helena G. Barros1,3, Andreas Stute1,3, Christoph Becher1,4, Piet O. Schmidt1,4 & Rainer Blatt1,3
1. Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck, Technikerstr. 25, 6020 Innsbruck, Austria
2. ICFO-Institut de Ciències Fotòniques, Mediterranean Technology Park, 08860 Castelldefels, Spain
3. Institut für Quantenoptik und Quanteninformation, Österreichische Akademie der Wissenschaften, Otto-Hittmair-Platz 1, 6020 Innsbruck, Austria
4. Present addresses: GoLP/Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear, Instituto Superior Técnico, Av., Rovisco Pais, 1049-001 Lisboa, Portugal (C.R.); Fachrichtung Technische Physik, Universität des Saarlandes, Campus E2.6, 66123 Saarbrücken, Germany (C.B.); QUEST Institut für Experimentelle Quantenmetrologie, Physikalisch-Technische Bundesanstalt und Leibniz Universität Hannover, Bundesallee 100, 38116 Braunschweig, Germany (P.O.S.)
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