南洋理工发现界面分子力的微小变化可决定激光反射量

2021-02-03 11:24

据悉，来自南洋理工大学（NTU）的研究人员发现了一种水滴共振器的振荡机制，该机制的激光沿着水滴－空气界面在垂直平面上发生共振。这一发现可以使人们更好地理解界面力，特别是利用光学共振来放大力的变化的可能性。

因为水能够以最小的散射限制光，水滴激光器在生物应用有广泛应用。它们还受益于发生在微腔中的激光振荡；任何由增益介质或腔体引起的微妙变化都可以被放大。这就导致了激光发射特性的潜在戏剧性变化。尽管如此，水滴谐振器和界面之间的光学相互作用的特殊性在很大程度上仍然是未知的。

近日，台大电子工程教授Yu－Cheng Chen领导的团队发现，当水滴与表面相互作用形成接触角时，界面分子力决定了水滴谐振器的几何形状。

与常见的耳语共振模式（WGM： whispering－gallery mode）不同，这种激光机制对界面分子力更加敏感。研究小组发现，在新的机制中，垂直方向的＂彩虹状＂或＂弧线状＂的激光模式在水滴界面的两端来回反射，形成明显且非常强烈的激光发射。

＂随着界面疏水性以及液滴接触角的增加，这种弧形模式的激光发射量会急剧增加。＂Chen说：＂界面的分子疏水性可以作为监测微妙的生物分子相互作用和动力学的基础。＂

Chen的团队推断，随着对液滴接触角的增加，新的激光模式的质量因子急剧增加。激光模式的振荡路径数也显著增加－－这是解释调制现象的重要进展。

＂这两个因素共同决定了激光发射的增强与界面分子力的强度，＂陈说。考虑到这一点，该团队探索了使用液滴激光器监测生物界面机械变化的可能性。正如预期的那样，研究人员发现，界面生物分子力的微小变化是由很低浓度的生物分子（如肽或蛋白质）引起的，可以通过液滴激光器的激光发射来记录。

研究人员表示，这个发现在众多物理动力学和生物系统有用武之地。

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