Technions forskare har visat, för första gången, att laseremissioner kan skapas genom samverkan mellan ljus och vattenvågor. Denna "vattenvågslaser" skulle en dag kunna användas i små sensorer som kombinerar ljusvågor, ljud och vattenvågor, eller som en funktion på mikrofluidiska "lab-on-a-chip"-enheter som används för att studera cellbiologi och för att testa nya läkemedelsterapier.

Tills vidare, vattenvågslasern erbjuder en "lekplats" för forskare som studerar samspelet mellan ljus och vätska i en skala som är mindre än bredden på ett människohår, skriver forskarna i den nya rapporten, publicerades förra veckan i Nature Photonics .

Studien genomfördes av Technion-Israel Institute of Technology-studenterna Shmuel Kaminski, Leopoldo Martin, och Shai Maayani, under ledning av professor Tal Carmon, chef för Optomekanikcentrum vid Maskintekniska fakulteten på Technion. Carmon sa att studien är den första bron mellan två forskningsområden som tidigare ansågs orelaterade till varandra:olinjär optik och vattenvågor.

En typisk laser kan skapas när elektronerna i atomer blir "exciterade" av energi som absorberas från en extern källa, får dem att avge strålning i form av laserljus. Professor Carmon och hans kollegor visar nu för första gången att vattenvågsoscillationer i en vätskeanordning också kan generera laserstrålning.

Möjligheten att skapa en laser genom interaktion av ljus med vattenvågor har inte undersökts, Carmon sa, främst på grund av den enorma skillnaden mellan den låga frekvensen av vattenvågor på ytan av en vätska (ungefär 1, 000 oscillationer per sekund) och den höga frekvensen av ljusvågsoscillationer (10 ¹⁴ svängningar per sekund). Denna frekvensskillnad minskar effektiviteten i energiöverföringen mellan ljus- och vattenvågor, som behövs för att producera laseremissionen.

För att kompensera för denna låga effektivitet, forskarna skapade en enhet där en optisk fiber levererar ljus till en liten droppe oktan och vatten. Ljusvågor och vattenvågor passerar genom varandra många gånger (ungefär en miljon gånger) inuti droppen, genererar energin som lämnar droppen som emission från vattenvågslasern.

Interaktionen mellan det fiberoptiska ljuset och de minimala vibrationerna på ytan av droppen är som ett eko, forskarna noterade, där samspelet mellan ljudvågor och ytan de passerar genom kan göra att ett enda skrik hörs flera gånger. För att öka denna ekoeffekt i deras enhet, forskarna använde mycket transparenta, rinnande vätskor, för att uppmuntra ljus- och droppinteraktioner.

Vidare, en droppe vatten är en miljon gånger mjukare än de material som används i nuvarande laserteknik. Det minimala trycket som appliceras av ljus kan därför orsaka droppdeformation som är en miljon gånger större än i en typisk optomekanisk anordning, som kan ge bättre kontroll över laserns emissioner och kapacitet, sa Technion-forskarna.