Создан стабильный капельный микролазер из ионной жидкости
Ученые из исследовательского центра энергетических материаловедения при Университете Цукубы продемонстрировали простой метод получения микрокапель ионной жидкости, которые работают как гибкие и долговечные настраиваемые «микролазеры». В отличие от существующих «капельных лазеров», которые не могут работать в атмосфере, новая разработка может создать лазеры, которые можно использовать в повседневных условиях.
Растения лотоса ценятся за свою красоту и обладают замечательным свойством самоочищения. Вместо того, чтобы находится на поверхности листа лотоса, капли воды образуют почти идеальные сферы и скатываются, увлекая за собой пыль.
Этот «эффект лотоса» вызван микроскопическими бугорками на листе. Теперь группа исследователей из Университета Цукуба воспользовалась эффектом искусственного лотоса для создания жидких капель, которые могут действовать как микролазеры, оставаясь стабильными до месяца.
Доступные в настоящее время «капельные лазеры» нельзя использовать в условиях окружающей среды, поскольку они просто испарятся, если не будут помещены в контейнер.
В новом исследовании ионная жидкость под названием тетрафторборат 1-этил-3-метилимидазолия (EMIBF 4) была смешана с красителем, который позволяет ей стать лазером.
Эта жидкость была выбрана потому, что она очень медленно испаряется и имеет относительно большое поверхностное натяжение. Затем кварцевая подложка покрывается крошечными наночастицами фторированного кремнезема, чтобы поверхность отталкивала жидкости.
Когда EMIBF 4 наносится на него из пипетки, крошечные капельки остаются почти полностью сферическими. Исследователи показали, что капля может оставаться стабильной в течение как минимум 30 дней.
«С помощью математических расчетов было предсказано, что желаемые морфологические и оптические свойства капли останутся даже при воздействии газовой конвекции», — говорит первый автор исследования профессор Хироши Ямагиши.
Форма и устойчивость к испарению позволяют капле сохранять оптический резонанс при возбуждении лазерным источником накачки. Продувка газообразным азотом может сдвигать лазерные пики в диапазоне от 645 до 662 нм, слегка деформируя форму капель.
«Насколько нам известно, это первый жидкостный лазерный генератор, реверсивно настраиваемый газовой конвекцией», — говорит профессор Ямагиши.
Лазерную каплю также можно использовать в качестве очень чувствительного датчика влажности или детектора воздушного потока. Затем исследователи использовали коммерческий струйный принтер, оснащенный печатающей головкой, которая могла работать с вязкой жидкостью. Напечатанные массивы лазерных капель работали без дополнительной обработки.
Результаты этого исследования показывают, что производство легко масштабируется и легко выполняется, поэтому его можно применить для производства недорогих сенсорных или оптических устройств связи.
Открытие может привести к созданию новых детекторов воздушного потока или более дешевой оптоволоконной связи.
Исследование было опубликовано в журнале Laser & Photonics Reviews.