法國(guó)成功研制超長(zhǎng)液體光纖

法國(guó)國(guó)家科研中心成功研制出又長(zhǎng)又薄的液體光纖。有關(guān)專(zhuān)家指出，這是在研制復(fù)雜微流控光功能器件和系統(tǒng)方面邁出的重要一步。

近年來(lái)，微流控學(xué)出現(xiàn)了一個(gè)全新的研究方向：微流控光學(xué)。它是光學(xué)與微流控學(xué)的結(jié)合。光在微流控裝置里不僅是觀測(cè)工具，同時(shí)可以直接參與激光的聚焦與偏離。微流控光器件在規(guī)模與速度方面都要比微流控器件具有更好的應(yīng)用前景。

微流控光學(xué)利用微流控學(xué)和光學(xué)、光電子學(xué)技術(shù)合成新穎的功能器件和系統(tǒng)，主要特點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)的可調(diào)化、功能的集成化和系統(tǒng)的微型化。微流控光器件將能替代科研人員的工作，將液體從一個(gè)試管到進(jìn)另外一個(gè)試管，并能夠?qū)Λ@得的混合物進(jìn)行分析。

如果說(shuō)，普通機(jī)器人的基本元件是“手+榔頭”的話，微流控光機(jī)器人的主要元件是動(dòng)態(tài)液體光纖，即在光的作用下形成的薄液態(tài)柱。它能將光束傳輸?shù)剿枰牡胤健榱私档椭亓Φ淖饔?，通常使用兩種濃度不同、且不能混合的液體，濃度低的在濃度高的上層。如果用激光照射上層，將在光的作用下在一種液體內(nèi)形成另外一種液體柱。但遺憾的是，這樣的液體柱不能保持很長(zhǎng)時(shí)間，當(dāng)液體柱的高度超過(guò)周長(zhǎng)時(shí)，由于表面張力的作用液體柱將快速分裂成不同的水滴。

長(zhǎng)期以來(lái)，科研人員提出了各種穩(wěn)定液體光柱的方法，但該問(wèn)題一直沒(méi)有解決，最成功的一次只是將液體柱的高度增加了一倍。最近，法國(guó)科研人員在近期出版的《物理學(xué)評(píng)論快報(bào)》雜志上宣布，利用穩(wěn)定激光束的方法，研究人員最少在幾分鐘內(nèi)建立了長(zhǎng)度達(dá)100個(gè)光柱直徑的液體光纖。

研究人員用極窄的激光束自上而下照射液體。激光束的直徑只有幾個(gè)微米，強(qiáng)度小于1瓦特。激光束在濃度比較高的液體中形成了濃度較低液體的光柱，并沿該液體柱傳播。由于內(nèi)部全反射造成的壓力，這個(gè)長(zhǎng)的液體柱得以保持。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，研究人員發(fā)現(xiàn)了一些有趣的現(xiàn)象：如果激光束足夠細(xì)，那么形成的液體光柱的直徑固定不變，既不隨時(shí)間變化，也不隨柱狀的高度變化。如果激光束較寬，液體光柱的直徑將發(fā)生變化，并開(kāi)始出現(xiàn)在兩個(gè)數(shù)值之間發(fā)生跳躍的現(xiàn)象。研究人員通過(guò)建立理論模型認(rèn)為，對(duì)于寬一些的激光束，存在許多負(fù)責(zé)不同厚度液體光柱的方程解，這符合光柱直徑大小在偶然振動(dòng)作用下從一個(gè)值跳到另外一個(gè)值的現(xiàn)象。

有關(guān)專(zhuān)家指出，該科研成果為今后改進(jìn)復(fù)雜微流控光器件提供了巨大理論與技術(shù)支持，為今后研制復(fù)雜形式的液體光柱，多液體光柱之間的相互作用，以及觀測(cè)液體光柱在橫向的表現(xiàn)具有重要意義。

編輯： 荒原