Første tilfældige laser fremstillet af papirbaseret keramik

Arbejde med fysikere fra universitetet i Rom, et team ledet af professor Cordt Zollfrank fra det tekniske universitet i München (TUM) byggede den første kontrollerbare tilfældige laser baseret på cellulosepapir i Straubing. Teamet viste derved, hvordan naturligt forekommende strukturer kan tilpasses til tekniske applikationer. Derfor, materialer behøver ikke længere at være kunstigt udstyret med uordnede strukturer, ved at bruge naturligt forekommende i stedet.

Materialesyntese, der er inspireret af biologi, er et forskningsområde ved TUM's Chair of Biogenic Polymers ved Straubing Center of Science. Det anvender modeller fra naturen og biogene materialer til at udvikle nye materialer og teknologier. Det seneste nummer af publikationen Avancerede optiske materialer indeholder en grundlæggende undersøgelse af et fælles team fra Straubing og Rom, der lykkedes at "bruge en biologisk struktur som en skabelon til en teknisk tilfældig laser, "ifølge videnskabsmand Dr. Daniel Van Opdenbosch.

To komponenter er nødvendige for en laser:Først og fremmest et medium, der forstærker lys. Og for det andet, en struktur, der bevarer lyset i mediet. En klassisk laser bruger spejle til at bestille og skinne lys i en enkelt retning i en målrettet, ensartet mode. Dette finder også sted ensartet i den mikroskopiske struktur af en tilfældig laser, men i forskellige retninger. Selvom udviklingen af ​​den tilfældige laser stadig er i sin vorden, i fremtiden kan det resultere i billigere produktion. Dette skyldes, at tilfældige lasere har den fordel, at de er retningsuafhængige og fungerer med flere farver, bare for at nævne et par fordele.

Uorden struktur afbøjer lys i alle retninger

"Forudsætningen for en tilfældig laser er en defineret grad af strukturelt kaos i interiøret, "Forklarede Van Opdenbosch. Lyset i en tilfældig laser er derfor spredt i alle slags vinkler langs tilfældige stier, som bestemmes af en uregelmæssig struktur i det indre af mediet. Teamet ledet af professor Zollfrank fra formanden for biogene polymere i Straubing brugte konventionelt laboratoriefilterpapir som en strukturel skabelon. "På grund af sine lange fibre og den resulterende stabile struktur, vi anså det for at være egnet til dette formål, "sagde Van Opdenbosch.

I laboratoriet, papiret blev imprægneret med tetraethylortotitanat, en organometallisk forbindelse. Når det tørres og cellulosen brændes af ved 500 grader Celsius, det efterlader det keramiske titandioxid som rest - det samme stof, der normalt bruges i solcreme for at beskytte mod solen. "Denne effekt i solcreme er baseret på titandioxid's stærke lysspredende effekt, "sagde Van Opdenbosch, "som vi også brugte til vores tilfældige laser." Og "vores laser er 'tilfældig', fordi lyset, der spredes i forskellige retninger på grund af laboratoriefilterpapirets biogene struktur, også kan spredes i den modsatte retning, " han tilføjede, forklarer princippet.

Tilfældig laser trods alt ikke så tilfældig

Imidlertid, lysbølgerne kan stadig kontrolleres på trods af deres tilfældige natur, som teamet ledet af Claudio Conti fra Institute for Complex Systems i Rom opdagede, med hvem Daniel Van Opdenbosch og Cordt Zollfrank samarbejdede. Ved hjælp af et spektrometer, de var i stand til at differentiere de forskellige laserbølgelængder, der genereres i materialet, og lokalisere dem adskilt fra hinanden.

Van Opdenbosch beskrev proceduren:"Testopsætningen, der blev brugt til at kortlægge prøverne, bestod af en grøn laser, hvis energi kunne justeres, mikroskoplinser, og et mobilt bord, som gjorde det muligt at flytte prøven forbi. Den vej, vores kolleger var i stand til at bestemme, at på forskellige energiniveauer, forskellige områder af materialet udstråler forskellige laserbølger. "I lyset af denne analyse, det er muligt at konfigurere laseren på et vilkårligt antal måder og til at bestemme retningen og intensiteten af ​​dens stråling.

Denne viden sætter potentielle praktiske anvendelser inden for rækkevidde. "Sådanne materialer kunne, for eksempel, være nyttige som mikrokontakter eller detektorer til strukturelle ændringer, "sagde Van Opdenbosch.