水—波激光示意圖。圖片來自以色列理工學(xué)院發(fā)言人辦公室

以色列理工學(xué)院29日發(fā)布公告稱，該校研究人員首次通過實驗證明，水與光相互作用也能發(fā)出激光，在之前被認為毫無關(guān)聯(lián)的兩個研究領(lǐng)域間構(gòu)建起“橋梁”。全新的“水—波激光”可用來研制包含光波、聲波和水波的微型傳感器，或制作微流體“芯片實驗室”裝置，用于細胞生物學(xué)研究和檢測新藥。

普通激光的形成過程是，原子內(nèi)電子吸收外來能量后被激活，以激光形式發(fā)出輻射。而以色列理工學(xué)院機械工程學(xué)院光子力學(xué)中心主任塔爾·卡蒙的團隊首次證明，水波在液體裝置內(nèi)振動也能產(chǎn)生激光輻射。他們在上周出版的《自然·光學(xué)》雜志上發(fā)表的論文中表示，水—波激光為科學(xué)家們開創(chuàng)了一個全新研究平臺，未來可在不到一根頭發(fā)寬的尺度上研究光與流體之間的相互作用。

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頻率不到每秒1000次，而光波振動頻率更高，每秒能振動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，從而無法產(chǎn)生激光輻射。

為克服能量傳遞效率低的問題，研究人員創(chuàng)建了一種裝置，可通過光纖將光傳給辛烷（每個分子含8個碳原子的烷烴，76號汽油主要成分）和水形成的微小液滴。在這個裝置內(nèi)，光波和水波通過液滴時會發(fā)生百萬次“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間的相互作用類似共鳴，就像聲波與其通過的表面發(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可比擬的優(yōu)勢，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)百萬倍，因此能對激光發(fā)射量和激光強度進行更有效的控制。