水波也能发射激光?世界首台“水波”激光器诞生

日前,研究人员已经研究出世界上第一台“水波”激光器,表明激光事实上确实可以由光波和水波之间的相互作用而产生。

这些新型激光器可以为研究人员完成难以实现的控制操作,并能帮助研究人员制作出微流体“芯片实验室”设备,从而更好地利用激光,使其能够更加有效的用于微观细胞的研究和测试不同药物的治疗,这或许在广泛应用于医学方面后可以为病人提供更好的照顾。

那么,水波激光到底是什么?

激光器在我们生活中应用广泛,例如,我们需要一个激光头来启动DVD,而激光头其实就是一个激光器,甚至,我们有时候还可以用激光来玩弄小猫咪。而这些激光其实都是单波长的光,也称为单色光。而类似于这样的正常激光,一般都呈现出相同的频率(相干),并通过激发内部电子集中于一点(准直)

当这种情况发生时,你便可以得到一个高能量的激光束,其在长距离中依然能够保持聚集在一点而不扩散,这有点像手电筒发出的光束。

来自海法的以色列科学技术研究所的团队表示:“当原子中的电子通过吸收外界能量而跃迁到激发态时,这个过程会以激光的形式发出辐射,一个典型的激光也因此诞生。”

那么,他们究竟是如何设法使水波发射激光的呢?首先,他们必须知道他们面临的问题是什么。

根据这个研究小组的了解,之所以过去研究人员没有研究出水波激光器,主要原因在于水波在液体表面振荡的频率整体远低于光波的频率,这意味着水波的能量很低,很难为激光的发射提供足够的能量,也就是说,此时水波和光波之间的能量传递效率是很低的。

以下是该团队制作的水滴振荡模型:

为了克服这种缓慢的振荡,他们创造了一种装置,利用光纤将光传送到一个微小的由辛烷和水混合而成的液滴中。

而这引入到液滴中微小的光波与水波发生相互作用,来回振动,直到产生的能量足以使光以激光的形式发射,如同蝴蝶般从“水茧”中逃离。

这个团队的相关人员还透露:“光纤中的光和在液滴表面的微小振动之间的相互作用可以看做是一个回声,声波和它们所通过的表面之间的相互作用可以多次产生一个单一的尖声。”

为了增加在他们设备中的这种回声效应,研究人员使用了高度透明的、流动的液体,来增强光和液滴相互作用。

最酷的部分是,从光纤引入的光足以使水滴变形,因为,水毕竟也只是一种液体,分子间结构没有那么稳定。

任何一种高能粒子一旦粉碎成极小的水滴都会有所变形,这一点似乎是显而易见的,不过正常的光电机械设备没那么软,也就不会那么容易变形。

这种变形程度,大概是目前的激光生产装置的一百万倍,非常有利于实现激光发射能量和激光强度更有效的控制。一旦这项技术进一步发展,研究人员还可以在实验室环境下研究细胞,这非常有用。

蝌蚪五线谱编译自sciencealert,译者 sunhine,转载须授权