Første vandbølgelaser oprettet

Technion-forskere har påvist, for første gang, at laseremissioner kan skabes gennem samspillet mellem lys og vandbølger. Denne "vandbølgelaser" kunne en dag bruges i bittesmå sensorer, der kombinerer lysbølger, lyd og vandbølger, eller som en funktion på mikrofluidiske "lab-on-a-chip" enheder, der bruges til at studere cellebiologi og til at teste nye lægemiddelterapier.

For nu, vandbølgelaseren tilbyder en "legeplads" for forskere, der studerer samspillet mellem lys og væske i en skala, der er mindre end bredden af ​​et menneskehår, skriver forskerne i den nye rapport, udgivet i sidste uge i Naturfotonik .

Undersøgelsen blev udført af Technion-Israel Institute of Technology-studerende Shmuel Kaminski, Leopoldo Martin, og Shai Maayani, under ledelse af professor Tal Carmon, leder af Optomekanisk Center på Maskinteknisk Fakultet på Technion. Carmon sagde, at undersøgelsen er den første bro mellem to forskningsområder, der tidligere blev betragtet som uafhængige af hinanden:ikke-lineær optik og vandbølger.

En typisk laser kan dannes, når elektronerne i atomer bliver "ophidset" af energi absorberet fra en ekstern kilde, får dem til at udsende stråling i form af laserlys. Professor Carmon og hans kolleger viser nu for første gang, at vandbølgeoscillationer i en væskeanordning også kan generere laserstråling.

Muligheden for at skabe en laser gennem lysets interaktion med vandbølger er ikke blevet undersøgt, Carmon sagde, hovedsageligt på grund af den enorme forskel mellem den lave frekvens af vandbølger på overfladen af ​​en væske (ca. 000 svingninger pr. sekund) og den høje frekvens af lysbølgeoscillationer (10 ¹⁴ svingninger pr. sekund). Denne frekvensforskel reducerer effektiviteten af ​​energioverførslen mellem lys- og vandbølger, som er nødvendig for at producere laseremissionen.

For at kompensere for denne lave effektivitet, forskerne skabte en enhed, hvor en optisk fiber leverer lys til en lille dråbe oktan og vand. Lysbølger og vandbølger passerer gennem hinanden mange gange (ca. en million gange) inde i dråben, genererer den energi, der forlader dråben som emission af vandbølgelaseren.

Interaktionen mellem det fiberoptiske lys og de minimale vibrationer på overfladen af ​​dråben er som et ekko, forskerne bemærkede, hvor samspillet mellem lydbølger og overfladen de passerer igennem kan få et enkelt skrig til at høres flere gange. For at øge denne ekkoeffekt i deres enhed, forskerne brugte meget gennemsigtige, flydende væsker, at fremme lys- og dråbeinteraktioner.

Desuden, en dråbe vand er en million gange blødere end de materialer, der bruges i den nuværende laserteknologi. Det lille tryk, der påføres af lys, kan derfor forårsage dråbedeformation, der er en million gange større end i en typisk optomekanisk enhed, som kan give større kontrol over laserens emissioner og muligheder, sagde Technion-forskerne.