以色列理工學院研究人員首次通過實驗證明,水與光相互作用也能發出激光,在之前被認為毫無關聯的兩個研究領域間構建起“橋梁”。全新的“水—波激光”可用來研制包含光波、聲波和水波的微型傳感器,或制作微流控“芯片實驗室”裝置,用于細胞生物學研究和檢測新藥。

普通激光的形成過程是,原子內電子吸收外來能量后被激活,以激光形式發出輻射。而以色列理工學院機械工程學院光子力學中心主任塔爾·卡蒙的團隊首次證明,水波在液體裝置內振動也能產生激光輻射。他們在上周出版的《自然·光學》雜志上發表的論文中表示,水—波激光為科學家們開創了一個全新研究平臺,未來可在不到一根頭發寬的尺度上研究光與流體之間的相互作用。

卡蒙解釋道,之前從未證明光與水相互作用可產生激光的主要原因是,液體表面的水波振動頻率不到每秒1000次,而光波振動頻率更高,每秒能振動1014次,頻率差異導致光波和水波之間的能量傳遞效率不高,從而無法產生激光輻射。

為克服能量傳遞效率低的問題,研究人員創建了一種裝置,可通過光纖將光傳給辛烷(每個分子含8個碳原子的烷烴,76號汽油主要成分)和水形成的微小液滴。在這個裝置內,光波和水波通過液滴時會發生百萬次“相遇”,累積的能量讓液滴輻射出水—波激光。

研究人員表示,光纖內光與液滴表面微小振動間的相互作用類似共鳴,就像聲波與其通過的表面發生共鳴后發出多次回響一樣。為了增加這種共鳴效應,他們特意選擇了高度透明的液體,以強化光與液滴之間的相互作用。更重要的是,水滴比現有激光材料在軟度上具有無可比擬的優勢,只需施加微小光壓,液滴變形程度就能比普通光子力學裝置大數百萬倍,因此能對激光發射量和激光強度進行更有效的控制。

文章來源：科技日報