水与光相互作用首次发出激光

水与光相互作用首次发出激光 科技日报2016年12月01日 星期四

可用于研制微型传感器和“芯片实验室”

水—波激光示意图。 图片来自以色列理工学院发言人办公室

    科技日报北京11月30日电 （记者聂翠蓉）以色列理工学院29日发布公告称，该校研究人员首次通过实验证明，水与光相互作用也能发出激光，在之前被认为毫无关联的两个研究领域间构建起“桥梁”。全新的“水—波激光”可用来研制包含光波、声波和水波的微型传感器，或制作微流体“芯片实验室”装置，用于细胞生物学研究和检测新药。

    普通激光的形成过程是，原子内电子吸收外来能量后被激活，以激光形式发出辐射。而以色列理工学院机械工程学院光子力学中心主任塔尔·卡蒙的团队首次证明，水波在液体装置内振动也能产生激光辐射。他们在上周出版的《自然·光学》杂志上发表的论文中表示，水—波激光为科学家们开创了一个全新研究平台，未来可在不到一根头发宽的尺度上研究光与流体之间的相互作用。

    卡蒙解释道，之前从未证明光与水相互作用可产生激光的主要原因是，液体表面的水波振动频率不到每秒1000次，而光波振动频率更高，每秒能振动1014次，频率差异导致光波和水波之间的能量传递效率不高，从而无法产生激光辐射。

    为克服能量传递效率低的问题，研究人员创建了一种装置，可通过光纤将光传给辛烷（每个分子含8个碳原子的烷烃，76号汽油主要成分）和水形成的微小液滴。在这个装置内，光波和水波通过液滴时会发生百万次“相遇”，累积的能量让液滴辐射出水—波激光。

    研究人员表示，光纤内光与液滴表面微小振动间的相互作用类似共鸣，就像声波与其通过的表面发生共鸣后发出多次回响一样。为了增加这种共鸣效应，他们特意选择了高度透明的液体，以强化光与液滴之间的相互作用。更重要的是，水滴比现有激光材料在软度上具有无可比拟的优势，只需施加微小光压，液滴变形程度就能比普通光子力学装置大数百万倍，因此能对激光发射量和激光强度进行更有效的控制。