Arbetar med fysiker från universitetet i Rom, ett team under ledning av professor Cordt Zollfrank från tekniska universitetet i München (TUM) byggde den första kontrollerbara slumpmässiga lasern baserad på cellulosapapper i Straubing. Teamet visade därmed hur naturligt förekommande strukturer kan anpassas för tekniska tillämpningar. Därav, material behöver inte längre vara konstgjorda försedda med oordnade strukturer, använder naturligt förekommande sådana istället.

Materialsyntes som är inspirerad av biologi är ett forskningsområde vid TUM:s ordförande för biogena polymerer vid Straubing Center of Science. Den använder modeller från naturen och biogena material för att utveckla nya material och tekniker. Det senaste numret av publikationen Avancerat optiskt material innehåller en grundstudie av ett gemensamt team från Straubing och Rom som lyckades "använda en biologisk struktur som en mall för en teknisk slumpmässig laser, "enligt forskaren Dr Daniel Van Opdenbosch.

Två komponenter är nödvändiga för en laser:Först och främst, ett medium som förstärker ljuset. Och för det andra, en struktur som håller kvar ljuset i mediet. En klassisk laser använder speglar för att beställa och skina ljus i en enda riktning i en riktad, enhetligt mode. Detta sker också enhetligt i den mikroskopiska strukturen hos en slumpmässig laser, men åt olika håll. Även om utvecklingen av den slumpmässiga lasern fortfarande är i sin linda, i framtiden kan det leda till billigare produktion. Detta beror på att slumpmässiga lasrar har fördelen att de är riktningsoberoende och fungerar med flera färger, bara för att nämna några fördelar.

Oregelbunden struktur avböjer ljus i alla riktningar

"Förutsättningen för en slumpmässig laser är en definierad grad av strukturellt kaos på insidan, "Förklarade Van Opdenbosch. Ljuset i en slumpmässig laser är därför spritt i alla möjliga vinklar längs slumpmässiga vägar, som bestäms av en oregelbunden struktur i det inre av mediet. Teamet under ledning av professor Zollfrank från ordföranden för biogena polymerer i Straubing använde konventionellt laboratoriefilterpapper som en strukturell mall. "På grund av dess långa fibrer och den resulterande stabila strukturen, vi ansåg att den var lämplig för detta ändamål, "sade Van Opdenbosch.

I laboratoriet, papperet var impregnerat med tetraetylortotitanat, en metallorganisk förening. När den torkas och cellulosan bränns av vid 500 grader Celsius, den lämnar efter sig den keramiska titandioxiden som rester – samma ämne som vanligtvis används i solskyddsmedel för att ge skydd mot solen. "Denna effekt i solskydd är baserad på titandioxidens starka ljusspridningseffekt, sade Van Opdenbosch, "som vi också använde för vår slumpmässiga laser." Och "vår laser är" slumpmässig "eftersom ljuset som sprids i olika riktningar på grund av laboratoriefilterpapperets biogena struktur också kan spridas i motsatt riktning, " han lade till, förklarar principen.

Slumpmässig laser inte så slumpmässig trots allt

Dock, ljusvågorna kan fortfarande kontrolleras trots deras slumpmässiga natur, som teamet som leddes av Claudio Conti från Institute for Complex Systems i Rom upptäckte, som Daniel Van Opdenbosch och Cordt Zollfrank samarbetade med. Med hjälp av en spektrometer, de kunde differentiera de olika laservåglängderna som genererades i materialet och lokalisera dem separat från varandra.

Van Opdenbosch beskrev proceduren:"Testuppsättningen som användes för att kartlägga proverna bestod av en grön laser vars energi kunde justeras, mikroskoplinser, och ett mobilt bord som gjorde att provet kunde flyttas förbi. På det sättet, våra kollegor kunde bestämma att på olika energinivåer, olika delar av materialet utstrålar olika laservågor. "Mot bakgrund av denna analys, det är möjligt att konfigurera lasern på valfritt antal sätt och bestämma riktningen och intensiteten för dess strålning.

Denna kunskap ger potentiella praktiska tillämpningar inom räckhåll. "Sådana material kan, till exempel, vara användbar som mikrobrytare eller detektorer för strukturella förändringar, "sade Van Opdenbosch.