Technion-onderzoekers hebben aangetoond, Voor de eerste keer, dat laseremissies kunnen worden gecreëerd door de interactie van licht en watergolven. Deze "watergolflaser" zou ooit kunnen worden gebruikt in kleine sensoren die lichtgolven combineren, geluids- en watergolven, of als een functie op microfluïdische "lab-on-a-chip" -apparaten die worden gebruikt om celbiologie te bestuderen en om nieuwe medicamenteuze therapieën te testen.

Voor nu, de watergolflaser biedt een "speeltuin" voor wetenschappers die de interactie van licht en vloeistof bestuderen op een schaal die kleiner is dan de breedte van een mensenhaar, schrijven de onderzoekers in het nieuwe rapport, vorige week gepubliceerd in Natuurfotonica .

De studie werd uitgevoerd door Technion-Israel Institute of Technology-studenten Shmuel Kaminski, Leopoldo Martin, en Shai Maayani, onder toezicht van professor Tal Carmon, hoofd van het Optomechanica Center van de faculteit Werktuigbouwkunde van Technion. Carmon zei dat de studie de eerste brug is tussen twee onderzoeksgebieden die voorheen niet met elkaar verband hielden:niet-lineaire optica en watergolven.

Een typische laser kan worden gecreëerd wanneer de elektronen in atomen "opgewonden" worden door energie die wordt geabsorbeerd door een externe bron, waardoor ze straling uitzenden in de vorm van laserlicht. Professor Carmon en zijn collega's laten nu voor het eerst zien dat watergolfoscillaties in een vloeibaar apparaat ook laserstraling kunnen genereren.

De mogelijkheid om een ​​laser te creëren door de interactie van licht met watergolven is niet onderzocht, Carmon zei, voornamelijk vanwege het enorme verschil tussen de lage frequentie van watergolven op het oppervlak van een vloeistof (ongeveer 1, 000 oscillaties per seconde) en de hoge frequentie van lichtgolfoscillaties (10 ¹⁴ trillingen per seconde). Dit frequentieverschil vermindert de efficiëntie van de energieoverdracht tussen licht- en watergolven, die nodig is om de laseremissie te produceren.

Om dit lage rendement te compenseren, de onderzoekers creëerden een apparaat waarin een optische vezel licht levert in een klein druppeltje octaan en water. Lichtgolven en watergolven passeren elkaar vele malen (ongeveer een miljoen keer) in de druppel, het genereren van de energie die de druppel verlaat als de emissie van de watergolflaser.

De interactie tussen het glasvezellicht en de minuscule trillingen op het oppervlak van de druppel zijn als een echo, merkten de onderzoekers op, waar de interactie van geluidsgolven en het oppervlak waar ze doorheen gaan een enkele schreeuw meerdere keren hoorbaar kan maken. Om dit echo-effect in hun apparaat te vergroten, gebruikten de onderzoekers zeer transparante, lopende vloeistoffen, om interacties tussen licht en druppeltjes aan te moedigen.

Verder, een druppel water is een miljoen keer zachter dan de materialen die in de huidige lasertechnologie worden gebruikt. De minieme druk die door licht wordt uitgeoefend, kan daarom druppelvervorming veroorzaken die een miljoen keer groter is dan in een typisch optomechanisch apparaat, die een betere controle over de emissies en mogelijkheden van de laser kunnen bieden, aldus de Technion-wetenschappers.