水光作用的微型傳感器

寂靜天花板

以色列理工學(xué)院29日發(fā)布公告稱(chēng)，該校研究人員首次通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，水與光相互作用也能發(fā)出激光，在之前被認(rèn)為毫無(wú)關(guān)聯(lián)的兩個(gè)研究領(lǐng)域間構(gòu)建起“橋梁”。全新的“水—波激光”可用來(lái)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(shí)驗(yàn)室”裝置，用于細(xì)胞生物學(xué)研究和檢測(cè)新藥。
　　
5 o8 ^  h2 w* L普通激光的形成過(guò)程是，原子內(nèi)電子吸收外來(lái)能量后被激活，以激光形式發(fā)出輻射。而以色列理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院光子力學(xué)中心主任塔爾·卡蒙的團(tuán)隊(duì)首次證明，水波在液體裝置內(nèi)振動(dòng)也能產(chǎn)生激光輻射。他們?cè)谏现艹霭娴摹蹲匀弧す鈱W(xué)》雜志上發(fā)表的論文中表示，水—波激光為科學(xué)家們開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)全新研究平臺(tái)，未來(lái)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。
　　
; W) ~& ^1 B. f2 N8 o2 F9 B卡蒙解釋道，之前從未證明光與水相互作用可產(chǎn)生激光的主要原因是，液體表面的水波振動(dòng)頻率不到每秒1000次，而光波振動(dòng)頻率更高，每秒能振動(dòng)1014次，頻率差異導(dǎo)致光波和水波之間的能量傳遞效率不高，從而無(wú)法產(chǎn)生激光輻射。
　　
/ ~: P- H) `! |6 P為克服能量傳遞效率低的問(wèn)題，研究人員創(chuàng)建了一種裝置，可通過(guò)光纖將光傳給辛烷（每個(gè)分子含8個(gè)碳原子的烷烴，76號(hào)汽油主要成分）和水形成的微小液滴。在這個(gè)裝置內(nèi)，光波和水波通過(guò)液滴時(shí)會(huì)發(fā)生百萬(wàn)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(nèi)光與液滴表面微小振動(dòng)間的相互作用類(lèi)似共鳴，就像聲波與其通過(guò)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(yīng)，他們特意選擇了高度透明的液體，以強(qiáng)化光與液滴之間的相互作用。更重要的是，水滴比現(xiàn)有激光材料在軟度上具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，只需施加微小光壓，液滴變形程度就能比普通光子力學(xué)裝置大數(shù)百萬(wàn)倍，因此能對(duì)激光發(fā)射量和激光強(qiáng)度進(jìn)行更有效的控制。
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對(duì)于波光粼粼的景象，人們用詩(shī)詞來(lái)贊嘆。而以色列人卻納入了科學(xué)的想象，何不把瞬息萬(wàn)變的水波透鏡效應(yīng)收集起來(lái)，使光波產(chǎn)生共振，向一個(gè)方向上發(fā)出去。
于是他說(shuō)干就干，用一根內(nèi)壁面很光滑的管子，水平灌半管子的清水，這頭射入燈光，激烈振動(dòng)，發(fā)現(xiàn)那頭更亮一點(diǎn)，于是他滿(mǎn)意的笑了。