水—波激光示意圖。圖片來自以色列理工學院發(fā)言人辦公室
以色列理工學院29日發(fā)布公告稱，該校研究人員首次通過實驗證明，水與光相互作用也能發(fā)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，或制作微流體“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(fā)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(fā)表的論文中表示，水—波激光為科學家們開創(chuàng)了一個全新研究平臺，未來可在不到一根頭發(fā)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(chuàng)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(fā)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(fā)生共鳴后發(fā)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(yōu)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(fā)射量和激光強度進行更有效的控制。
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