新液晶彈性體材料無(wú)需使用腔鏡而能夠精確發(fā)射激光

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新液晶彈性體材料無(wú)需使用腔鏡而能夠精確發(fā)射激光

液晶彈性體在Peter Palffy-Muhoray博士的實(shí)驗(yàn)室里作為機(jī)械可調(diào)無(wú)腔鏡的“橡膠”激光使用。該彈性體具有當(dāng)其被拉伸的時(shí)候，能夠不使用腔鏡而精確發(fā)射激光的性能。

液晶彈性體(LCE)，本質(zhì)上是具有液晶性質(zhì)的橡膠，可以做許多有趣的事情，特別是在光學(xué)、光子學(xué)、通信和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。當(dāng)暴露于光、熱、氣體和其他刺激物時(shí)，它們可以卷曲、彎曲、扭曲、起皺和伸展。因?yàn)樗鼈兪侨绱说姆磻?yīng)靈敏，所以它們非常適合使用在如人造肌肉和血管、執(zhí)行器、傳感器、塑料馬達(dá)和藥物輸送系統(tǒng)等應(yīng)用上。他們甚至可以作為一種機(jī)械可調(diào)無(wú)腔鏡的“橡膠”激光來使用。

Peter Palffy-Muhoray博士是肯特州立大學(xué)藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院的化學(xué)物理教授和Glenn H.Brown液晶研究所副主任，已經(jīng)與世界的專家在液晶彈性體的研究上合作多年。最近，他和他的研究助手AndriiVaranytsia，和來自日本京都技術(shù)學(xué)院的Kenji Urayama和Hama Naga開發(fā)了第一種具有特殊性能的膽甾液晶彈性體，當(dāng)其被拉伸的時(shí)候，能夠不使用腔鏡而精確發(fā)射激光。

激光器由激光腔組成，激光腔通常由固定的反射鏡形成。在這些反射鏡之間反射的光具有一個(gè)特征頻率，就像一定長(zhǎng)度的吉他弦那樣。腔內(nèi)的發(fā)光材料對(duì)光波進(jìn)行放大，并以一個(gè)精確的頻率發(fā)射，就像一些樂器發(fā)出的純凈的樂音。

2001年，Palffy Muhoray、Bahman Taheri博士和其他幾個(gè)同事們第一個(gè)證明，他們可以利用液晶在材料內(nèi)部來回反射激光，而無(wú)需任何外部的腔鏡。然而，那時(shí)候還不能精確的控制激光發(fā)射頻率。

“我們可以以所了解到的信息為基礎(chǔ)走向應(yīng)用——如可以通過光纖從遠(yuǎn)處訪問的遠(yuǎn)程傳感器以及非常難生成的精確可調(diào)諧光源”，Palffy Muhoray說。

該傳感器可以測(cè)量應(yīng)變—一個(gè)很小的長(zhǎng)度變化;或著測(cè)量應(yīng)力—單位面積上的力。

“從原理上來說，它也可以放進(jìn)鞋子里面來測(cè)量糖尿病足的剪切應(yīng)力，而且可以通過光纖訪問;往光纖里發(fā)送一個(gè)光脈沖，激光發(fā)射的返回光的顏色會(huì)攜帶有關(guān)于應(yīng)變的信息，”PalffyMuhoray說，“同樣地，遠(yuǎn)程設(shè)備也可以通過光纖使用光來測(cè)量壓力、應(yīng)變、溫度和化學(xué)物質(zhì)的存在來監(jiān)控。

液晶同時(shí)作為分布腔主體和有源介質(zhì)。對(duì)這樣一個(gè)樣本進(jìn)行簡(jiǎn)單的光泵浦可以得到在頻帶邊緣的低閾值無(wú)腔鏡激射。當(dāng)其成分的取向順序改變的時(shí)候—例如通過改變溫度，施加一個(gè)場(chǎng)或引入雜質(zhì)，液晶彈性體可以改變它們的形狀。

“我們將繼續(xù)進(jìn)行這方面的工作，開發(fā)更好的可調(diào)諧激光新材料，”Palffy Muhoray說，“今天，主要是在追求更好地理解光與物質(zhì)的相互作用的科學(xué)家和規(guī)劃未來器件的工程師受益于我們的研究結(jié)果。然而，明天，更大的社會(huì)非常有可能也會(huì)受益于此。在1970年之前，液晶研究主要是由科學(xué)好奇心驅(qū)動(dòng)?？咸刂萘⒋髮W(xué)的液晶研究所發(fā)現(xiàn)的扭曲的向列效應(yīng)和液晶顯示器的發(fā)明改變了顯示技術(shù)，造福全人類?！?/p>