水母螢光蛋白能「發出」新型雷射

2020-12-03 人民網

一個由英德科學家組成的研究團隊在最近出版的《科學·進展》雜誌上發表論文稱，他們首次將水母體內的螢光蛋白基因插入大腸桿菌基因組，利用轉基因大腸桿菌產出了增強型綠色螢光蛋白（eGFP）並用來產生雷射。研究人員指出，這一突破代表著極化激元雷射領域的重大進步，其效率和光密度都比普通雷射高得多，有望為研究量子物理學和光學計算開闢新途徑。

據美國趣味科學網日前報導，傳統的極化激元雷射器用無機半導體做增益介質，必須致冷到極低溫度；而有機發光二極體（OLED）顯示器中的有機電子材料能在室溫下工作，但需要有皮秒（萬億分之一秒）光脈衝來供能。研究團隊開發的新雷射器也能在室溫下工作，但只需納秒（10億分之一秒）脈衝。

極化激元雷射來自一種量子凝聚現象：雷射增益介質中的原子或分子反覆吸收發出光子，產生一種叫做極化激元的準粒子，在一定條件下變成一種聯合量子態，從而發出雷射。理論上極化激元雷射需要的能量更少。

研究人員把轉基因大腸桿菌產生的eGFP填充在許多光微腔裡，作為一種「光泵」，能以納秒速度發出閃光，使整個系統達到產生雷射所需的能量。「光泵」能在達到激發閾值後，給設備註入更多能量以產生傳統雷射。該雷射發明人之一、蘇格蘭聖安德魯大學物理與天文學院教授馬爾特·蓋瑟說，皮秒脈衝的能量更合適，但製造起來要比納秒脈衝難1000倍，他們的做法簡化了很多製造工序。

蓋瑟還指出，新方法的一個關鍵優點是，蛋白質分子的發光部分被一種納米大小的圓柱形外殼保護著，讓它們彼此間不會互相干擾，分子結構很適合在高亮度下工作，更容易發出雷射。但目前的激發閾值還太高，今後經過改進，最終可讓極化激元雷射器的激發閾值比傳統雷射器低得多，這樣效率會更高，發光更緻密。 （常麗君）

(責編：魏豔、趙竹青)

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