這項研究源於(yu) 伯克利實驗室的分子實驗室（Molecular Foundry）最初的理論發現，該研究利用計算模型預測暴露於(yu) 特定頻率紅外激光的摻銩納米微粒（thulium－doped nanoparticles），將發出更高頻率的光，事實上，這就是一種光的“上轉換（upconversion）”現象。

目前，研究者已通過實驗證明了這種上轉換，並在名為(wei) “Continuous－wave upconverting nanoparticle microlasers”的論文中完整地記錄為(wei) “回音壁模式激光（whispering mode laser）”的一種形式，該論文發表於(yu) 《自然納米技術》（Nature Nanotechnology）雜誌。

圖左：由激光照射的微球（在圖像頂部顯示的黃色斑點）產(chan) 生循環於(yu) 微球內(nei) 部（粉紅色的環）的光模態；圖右：模擬了5μm微球內(nei) 部光場的分布情況（圖片來源：Angel Fernandez－Bravo ／勞倫(lun) 斯伯克利國家實驗室）

當紅外激光激發了微球外表麵的摻銩納米微粒時，納米微粒發出的光就可在微球內(nei) 表麵反彈，如同圓形牆壁上反射的聲波（回音壁）一樣。由於(yu) 光在幾分之一秒的時間內(nei) 圍繞微球進行了數千次圓周運動，這會(hui) 導致某些頻率的光自身產(chan) 生幹涉，可在相長幹涉時產(chan) 生明亮的光，在相消幹涉時產(chan) 生暗點。一旦達到一定閾值，光就可以在級聯放大效應中激發更多的光發射。

研究人員通過利用在摻銩上轉換納米微粒和合適微球尺寸中發現的能量循環激發機製，實現了極低激發水平的連續波上轉換激光。

該論文還指出，使用紅外線照射特殊塗層微粒，使其在藍色和近紅外波長下產(chan) 生穩定的激光，可持續超過5小時。這與(yu) 其他報告中的隻能間歇運行的上轉換納米級激光形成了鮮明的對比。

該論文的作者之一Jim Schuck解釋說：“大多數基於(yu) 納米粒子的激光器升溫會(hui) 很快，並會(hui) 在幾分鍾內(nei) 熄滅。我們(men) 的激光則會(hui) 一直存在，該性能讓我們(men) 可針對不同應用調整其信號。”

目前，研究人員正在探索：通過改變微球的大小和組成，來調整這種連續發射微激光器的輸出光。他們(men) 正利用分子實驗室名為(wei) “WANDA（自動納米材料發現和分析工作站）”的機器人係統，來將不同摻雜元素結合起來，並調整納米微粒的性能。

研究者們(men) 認為(wei) 這些微尺寸激光器可在複雜的生物環境中找到傳(chuan) 感和照明的相關(guan) 應用。