|
（文/Lisa Grossman）一種新形激光器能像色彩斑斕的鳥羽一樣捕獲光線。這種設(shè)備在納米量級(jí)上模擬了五顏六色的羽毛結(jié)構(gòu)，可以產(chǎn)生幾乎所有顏色的高密度激光。 該激光能夠俘獲一種特殊材料內(nèi)部和周圍產(chǎn)生的光子，而這種材料受激后可以發(fā)射出更多相同波長(zhǎng)或顏色的光。但是為了得到明亮的光束，光子需要在材料中逗留很長(zhǎng)時(shí)間。 強(qiáng)制光子來回反彈，可以為光子贏得足夠多的時(shí)間。傳統(tǒng)的激光器也會(huì)驅(qū)使光子在兩面鏡子之間反彈。近年來，物理學(xué)家們制造了由特制玻璃片組成的激光器。玻璃片中鉆有空氣孔，光線被約束在孔間的特定路線上，從而能夠經(jīng)歷足夠長(zhǎng)的反彈路徑產(chǎn)生激光。 物理學(xué)家們一直嘗試把孔安排得緊密有序且又完全隨機(jī)。但是這兩個(gè)選擇都有缺點(diǎn)，有序排列只能產(chǎn)生一種波長(zhǎng)的激光且成本高昂，而隨機(jī)排列產(chǎn)生的激光效率較低。 耶魯大學(xué)的物理學(xué)家曹輝（音譯 Hui Cao）和她的同事嘗試了折中的辦法，孔排列遠(yuǎn)看時(shí)隨機(jī)，近看時(shí)卻緊密有序。這與鳥羽毛中的氣囊配置類似。他們的研究結(jié)果發(fā)表在了5月6日的《物理評(píng)論快報(bào)》上。  某些色彩艷麗的鳥羽中嵌有不完全隨機(jī)分布的氣囊，如翠鳥和鸚鵡。波長(zhǎng)與氣囊間距離相近的光比其他光更容易被散射和組合，這給予了羽毛明艷的顏色。（如上圖所示） “我們得知該原理時(shí)說：‘哦，真是個(gè)好主意！’”曹輝說，“我們可以利用這個(gè)原理改進(jìn)激光器嗎？也許我們可以利用近程有序加強(qiáng)對(duì)光的限制，產(chǎn)生效率更高的激光?！?/p> 曹輝的團(tuán)隊(duì)在190納米厚的砷化鎵薄板上鉆了一些孔。砷化鎵是一種特殊的半導(dǎo)體材料，可以高效地傳遞光線，在光學(xué)研究中應(yīng)用廣泛。孔之間的距離為235納米到275納米。這種材料包含了一層等距分布的量子點(diǎn)，它們?cè)诒还庾訐糁袝r(shí)可以激發(fā)更多的光子。根據(jù)物理學(xué)家的分析，光子進(jìn)入材料之后會(huì)在孔之間反彈，反彈的距離可以促使量子點(diǎn)發(fā)出足夠數(shù)量的光子從而產(chǎn)生激光。 當(dāng)研究人員照亮微型晶片時(shí)，它發(fā)出了波長(zhǎng)約為1000納米的激光，在電磁光譜上處于近紅外波段。它比隨機(jī)模式的激光器效率高很多。研究人員還發(fā)現(xiàn)可以通過調(diào)整孔之間的距離改變激光的波長(zhǎng)。 “就像鳥兒改變近程有序得到不同的羽毛顏色一樣。我們也能做到同樣的事情。”曹輝說。 曹輝還沒有想到如何把這種可調(diào)、高效激光器應(yīng)用到實(shí)際中。不過她指出與長(zhǎng)程有序激光器相比，她的激光器更便宜也更簡(jiǎn)易。 “我們能夠引入控制，但它不必太完美?！彼f，“這是我們從大自然中學(xué)到的?！?/p> 曹輝和她的同事正試圖使用真正的鳥羽毛做模版。他們希望把微型半導(dǎo)體嵌入到氣囊中，并溶解掉連接氣囊的角蛋白。這可能是制造極短波長(zhǎng)激光器的更簡(jiǎn)單方法，可以發(fā)出藍(lán)色或者紫外線光譜區(qū)域的激光。 也許研究鳥類如何發(fā)育出羽毛會(huì)更有趣，俄亥俄州阿克倫大學(xué)的生物學(xué)家馬特·肖基說。 “鳥類似乎很容易就做到了。它們有成千上萬根羽毛。”他說，“如果能祛除繁瑣艱苦的過程，讓它們自己生長(zhǎng)出來，那么就幾乎不需要花費(fèi)時(shí)間和精力。研究羽毛生長(zhǎng)時(shí)鳥類改變的參數(shù)實(shí)在很酷！” 博主介紹： Lisa Grossman 2009年畢業(yè)于加州大學(xué)Santa Cruz分校，科技交流專業(yè)。畢業(yè)后，她一直從事科技寫作工作，從碩士期間便在Science News等地方做編輯，現(xiàn)在在Wired上開博。她的博客內(nèi)容涉及面相當(dāng)廣，涵蓋各個(gè)學(xué)科。 |
|
|
