首个气流调谐液滴激光器诞生！可打造更便宜高效的光通信设备

2023-02-14 10:51

近日，日本筑波大学（University of Tsukuba）能源材料科学研究中心的研究人员受到“荷叶效应”（Lotus Effect）的启发，成功开发出了一种基于液滴的可调谐激光器。

据介绍，它最核心的新型离子液滴能够像激光一样工作，相当于灵活、持久和气动可调的激光器。这也是目前已知全球首个基于气体对流实现可逆调谐的液体激光振荡器。

与以往那些不能在大气下工作的“液滴激光器”不同，这种新方案使激光器可以在日常环境中使用，并且保持稳定长达一个月之久。研究人员表示，这种新型的离子液滴将有望带来更便宜、更灵活的光通信设备；它还能用于实现喷墨打印，并且打印颜色可以根据液滴形状而变化。

此前，“液滴激光器”通常不能在一般的开放环境条件下使用——它们会蒸发掉，除非封闭在容器中。而在新研究中，研究人员们通过将一种名为1－乙基－3－甲基咪唑四氟硼酸盐（EMIBF4）的离子液体与一种染料混合，使其成为激光器。之所以选择这种液体，是因为它蒸发非常慢，而且表面张力相对较大。

进行混合后，他们又在石英衬底上涂上微小的氟化二氧化硅纳米颗粒，使其表面达到排斥液体的“自洁”效果。当EMIBF4从移液管中沉积在上面时，微小的液滴几乎完全保持球形。研究团队的测试结果表明，这种液滴至少可以保持稳定30天。

另外，该研究的第一作者Hiroshi Yamagishi教授表示，数学计算显示，即使暴露在气体对流中，这种离子液滴的理想形态和光学特性也能保持不变。他们还发现，液滴自身的形状优势和它抗蒸发方面的稳定性，使得液滴在用激光泵浦源激发时保持光学共振。吹氮气则可以通过使液滴形状发生轻微变形，来实现645－662 nm范围内的激光峰值调节。

除了打造性能更优化的光通信设备之外，这种新型的激光液滴还可以用作非常灵敏的湿度传感器或气流检测器。

研究人员还使用了一种商用喷墨打印设备，该设备配备了一个可以处理粘性液体的3D打印机头，打印出来的激光液滴阵列无需进一步处理就能工作。

该研究的结果表明，这种“液滴激光器”的生产制造具有高度的可扩展性，且易于操作执行，因此可以很轻松地应用于制造廉价的传感器或光通信设备等场景中。另外，这项研究可能会带来新的气流探测器或更便宜的光纤通信设备。

上述研究获得了日本科学技术振兴机构（JST）等机构与平台的大力支持，相关研究结果已于近日发表在光学顶尖学术期刊——《激光与光子学评论》（Laser ＆ Photonics Reviews）上。