یک لیزر ریز قطره مایع با قدرت در هوا قوی

10 فوریه 2023 -توسط دانشگاه تسوکوبا -اعتبار: NotjungCG/Shutterstock

دانشمندان مرکز تحقیقاتی Tsukuba برای علوم مواد انرژی در دانشگاه Tsukuba یک روش ساده را برای تولید ریز قطرات مایع یونی نشان دادند که به عنوان لیزرهای انعطاف پذیر، طولانی مدت و با قابلیت تنظیم پنوماتیک عمل می کنند. برخلاف “لیزرهای قطره ای” موجود که نمی توانند در اتمسفر کار کنند، این پیشرفت جدید ممکن است لیزرهایی را فعال کند که می توانند در تنظیمات روزمره استفاده شوند.

گیاهان نیلوفر آبی به دلیل زیبایی خود ارزشمند هستند و خاصیت خود تمیز شوندگی قابل توجهی دارند. قطرات آب به جای صاف شدن روی سطح برگ نیلوفر آبی، کره‌های تقریباً کاملی را تشکیل می‌دهند و غلت می‌زنند و گرد و غبار را با خود می‌برند. این “اثر نیلوفر آبی” در اثر برجستگی های میکروسکوپی در برگ ایجاد می شود. اکنون تیمی از محققان دانشگاه تسوکوبا از یک اثر مصنوعی نیلوفر آبی برای ایجاد قطرات مایع استفاده کرده اند که می تواند مانند لیزر عمل کند و در عین حال تا یک ماه پایدار بماند. “لیزرهای قطره ای” موجود در حال حاضر نمی توانند در شرایط محیطی استفاده شوند، زیرا آنها به سادگی تبخیر می شوند مگر اینکه داخل یک ظرف محصور شوند.

در این تحقیق جدید، یک مایع یونی به نام 1-اتیل-3- متیلیمیدازولیوم تترافلوروبورات (EMIBF4) با رنگی مخلوط شد که به آن اجازه می دهد به لیزر تبدیل شود. این مایع به این دلیل انتخاب شد که بسیار کند تبخیر می شود و کشش سطحی نسبتاً زیادی دارد. سپس، یک بستر کوارتز با نانوذرات سیلیس فلوئوردار ریز پوشانده می شود تا سطح مایعات را دفع کند. هنگامی که EMIBF4 از یک پیپت بر روی آن رسوب می کند، قطرات ریز تقریباً کاملاً کروی می مانند. محققان نشان دادند که این قطره می تواند حداقل به مدت 30 روز پایدار بماند.

پروفسور هیروشی یاماگیشی، نویسنده اول، می‌گوید: «ویژگی‌های مورفولوژیکی و نوری مورد نظر قطره توسط محاسبات ریاضی پیش‌بینی شده بود که حتی در معرض همرفت گاز باقی بماند».

شکل و پایداری آن در برابر تبخیر به قطره اجازه می دهد تا در هنگام تحریک با منبع پمپاژ لیزری، رزونانس نوری خود را حفظ کند. دمیدن گاز نیتروژن می تواند پیک های لیزر را در محدوده 645 تا 662 نانومتر با تغییر شکل جزئی شکل قطرات جابجا کند.لیز

پروفسور یاماگیشی می گوید: طبق دانش ما، این اولین نوسانگر لیزری مایع است که به طور برگشت پذیر توسط همرفت گاز قابل تنظیم است.

قطرات لیزر همچنین می تواند به عنوان یک سنسور رطوبت بسیار حساس یا آشکارساز جریان هوا استفاده شود. سپس محققان از یک دستگاه چاپ جوهر افشان تجاری مجهز به سر چاپگر استفاده کردند که می تواند با یک مایع چسبناک کار کند. آرایه های چاپ شده قطرات لیزر بدون نیاز به درمان بیشتر کار می کنند.

یافته‌های این تحقیق نشان می‌دهد که تولید بسیار مقیاس‌پذیر و انجام آن آسان است، به طوری که می‌توان آن را به آسانی برای ساخت حسگرهای ارزان قیمت یا دستگاه‌های ارتباطی نوری به کار برد. این تحقیق ممکن است منجر به آشکارسازهای جریان هوا یا ارتباطات فیبر نوری ارزان‌تر شود.

این مطالعه در مجله Laser & Photonics Reviews منتشر شده است.