荷葉沾水珠而不濕，日本筑波大學研究人員借助這一“荷葉效應”，利用簡單的方法，制造出了一種新型離子液滴，這種微滴可用作靈活、持久而可調諧的激光器。相關研究以“ Pneumatically Tunable Droplet Microlaser”為題發表在《Laser&Photonics Reviews》上。
本研究中的激光器與現有不能在大氣中工作的“液滴激光器”不同，最新進展有望使激光器在日常環境中使用，從而催生出更便宜的光纖通信設備。
圖片來源：物理學家組織網
荷葉具有顯著的自潔特性，在荷葉表面，水滴不會變平，而是會形成近乎完美的球體并滾落，帶走灰塵。這種“荷葉效應”由葉片內的微小突起造成。
在最新研究中，筑波大學科學家利用人工“荷葉效應”，創造出了可以像激光一樣工作的液滴，而且，這種液滴激光器可在長達一個月的時間里保持穩定，而目前的“液滴激光器”不能在開放環境條件下使用，只能將其封閉在容器內，否則它們會蒸發。
圖1:a） 微型IL的示意圖以及基板的掃描電子顯微圖像。b） 具有各種直徑 （d） 和接觸角 （θ） 的微型 IL 的光學顯微圖像。c） 微型 IL與 d 的接觸角圖。明顯的上邊界和下邊界表示為粉紅色和藍色虛線。d） 用ns激光器進行弱光泵浦時微型IL的μ-PL光譜。WGM 的 TE 和 TM 模式的整數分別以橙色和藍色表示。e） 用不同泵浦強度的fs脈沖激光器強烈激發時微型IL的μ-PL光譜P. f）PL強度與P的關系圖。還顯示了線性回歸線和激光閾值Pth。g） 帶有誤差線的微型 IL（藍色）和微型 PVA（紅色）的 Pth 條形圖。
在新研究中，科學家將名為“1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽”（EMIBF4）的離子液體與一種染料混合，使其成為激光介質。之所以選擇這種液體，是因為它蒸發得非常緩慢，并且具有相對較大的表面張力。然后研究團隊在石英襯底上涂上微小的氟化二氧化硅納米顆粒，使其表面排斥液體。當EMIBF4沉積其上時，液滴幾乎能完美地保持球形，持續時間長達30天。
圖2：a) 在用ns激光器進行強光泵浦時，N2下微IL的μ-PL光譜以0.5 m s?1的速率流動。b） 改變N2流速時μ-PL光譜變化。（i）至（iv）放大了（a）中的相應光譜范圍。c） 繪制激光峰從微 IL 激光腔（直徑 = 7.1 μm）的光譜偏移作為 N2 流速的函數圖。d） 如藍色箭頭所示，在施加 6.7 m s?1的 N2 流之前和之后的大微 IL 液滴的代表性顯微圖像。e）CFD 模擬了 1.5 和 15 m s?1氣流下微 IL 液滴的形態。藍色箭頭指示模擬流的方向。f-h）FDTD模擬了原始和變形液滴內部光的電磁場分布f，g）和光學共振光譜h）。扭曲的形狀是從CFD模擬中獲得的。
研究人員表示，數學計算顯示，即使暴露在氣流中，這種新液滴的理想形態和光學性質也會保持不變。據目前所知，這是第一個可通過氣流調諧的液體激光振蕩器。
此外，研究人員利用3D打印方法，打印出了這種液滴激光器，且打印出來的液滴陣列無須進一步處理即可工作。
研究團隊指出，這種產品具有高度的可擴展性和易用性，很容易用于制造廉價的傳感器或光通信設備，有望催生更靈敏的氣流探測器或更便宜的光纖通信設備。
轉載請注明出處。
相關文章
熱門資訊
精彩導讀
關注我們
