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新液晶彈性體材料無需使用腔鏡而能夠精確發(fā)射激光

液晶彈性體在Peter Palffy-Muhoray博士的實驗室里作為機械可調(diào)無腔鏡的“橡膠”激光使用。該彈性體具有當(dāng)其被拉伸的時候，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，它們可以卷曲、彎曲、扭曲、起皺和伸展。因為它們是如此的反應(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、塑料馬達和藥物輸送系統(tǒng)等應(yīng)用上。他們甚至可以作為一種機械可調(diào)無腔鏡的“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特征頻率，就像一定長度的吉他弦那樣。腔內(nèi)的發(fā)光材料對光波進行放大，并以一個精確的頻率發(fā)射，就像一些樂器發(fā)出的純凈的樂音。

2001年，Palffy Muhoray、Bahman Taheri博士和其他幾個同事們第一個證明，他們可以利用液晶在材料內(nèi)部來回反射激光，而無需任何外部的腔鏡。然而，那時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處訪問的遠程傳感器以及非常難生成的精確可調(diào)諧光源”，Palffy Muhoray說。

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

“從原理上來說，它也可以放進鞋子里面來測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)送一個光脈沖，激光發(fā)射的返回光的顏色會攜帶有關(guān)于應(yīng)變的信息，”PalffyMuhoray說，“同樣地，遠程設(shè)備也可以通過光纖使用光來測量壓力、應(yīng)變、溫度和化學(xué)物質(zhì)的存在來監(jiān)控。

液晶同時作為分布腔主體和有源介質(zhì)。對這樣一個樣本進行簡單的光泵浦可以得到在頻帶邊緣的低閾值無腔鏡激射。當(dāng)其成分的取向順序改變的時候—例如通過改變溫度，施加一個場或引入雜質(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，更大的社會非常有可能也會受益于此。在1970年之前，液晶研究主要是由科學(xué)好奇心驅(qū)動?？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。”