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法国成功研制出超长液体光纤

发布时间:2017-05-04

 法国国家科研中心成功研制出又长又薄的液体光纤。有关专家指出,这是在研制复杂微流控光功能器件和系统方面迈出的重要一步。
    近年来,微流控学出现了一个全新的研究方向:微流控光学。它是光学与微流控学的结合。光在微流控装置里不仅是观测工具,同时可以直接参与激光的聚焦与偏离。微流控光器件在规模与速度方面都要比微流控器件具有更好的应用前景。
    微流控光学利用微流控学和光学、光电子学技术合成新颖的功能器件和系统,主要特点在于结构的可调化、功能的集成化和系统的微型化。微流控光器件将能替代科研人员的工作,将液体从一个试管到进另外一个试管,并能够对获得的混合物进行分析。
    如果说,普通机器人的基本元件是“手+榔头”的话,微流控光机器人的主要元件是动态液体光纤,即在光的作用下形成的薄液态柱。它能将光束传输到所需要的地方。为了降低重力的作用,通常使用两种浓度不同、且不能混合的液体,浓度低的在浓度高的上层。如果用激光照射上层,将在光的作用下在一种液体内形成另外一种液体柱。但遗憾的是,这样的液体柱不能保持很长时间,当液体柱的高度超过周长时,由于表面张力的作用液体柱将快速分裂成不同的水滴。
    长期以来,科研人员提出了各种稳定液体光柱的方法,但该问题一直没有解决,最成功的一次只是将液体柱的高度增加了一倍。最近,法国科研人员在近期出版的《物理学评论快报》杂志上宣布,利用稳定激光束的方法,研究人员最少在几分钟内建立了长度达100个光柱直径的液体光纤。
    研究人员用极窄的激光束自上而下照射液体。激光束的直径只有几个微米,强度小于1瓦特。激光束在浓度比较高的液体中形成了浓度较低液体的光柱,并沿该液体柱传播。由于内部全反射造成的压力,这个长的液体柱得以保持。
    根据实验观测,研究人员发现了一些有趣的现象:如果激光束足够细,那么形成的液体光柱的直径固定不变,既不随时间变化,也不随柱状的高度变化。如果激光束较宽,液体光柱的直径将发生变化,并开始出现在两个数值之间发生跳跃的现象。研究人员通过建立理论模型认为,对于宽一些的激光束,存在许多负责不同厚度液体光柱的方程解,这符合光柱直径大小在偶然振动作用下从一个值跳到另外一个值的现象。
    有关专家指出,该科研成果为今后改进复杂微流控光器件提供了巨大理论与技术支持,为今后研制复杂形式的液体光柱,多液体光柱之间的相互作用,以及观测液体光柱在横向的表现具有重要意义。

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