荷葉沾水珠而不濕，日本筑波大學(xué)研究人員借助這一“荷葉效應(yīng)”，利用簡(jiǎn)單的方法，制造出了一種新型離子液滴，這種微滴可用作靈活、持久而可調(diào)諧的激光器。相關(guān)研究以“ Pneumatically Tunable Droplet Microlaser”為題發(fā)表在《Laser&Photonics Reviews》上。

本研究中的激光器與現(xiàn)有不能在大氣中工作的“液滴激光器”不同，最新進(jìn)展有望使激光器在日常環(huán)境中使用，從而催生出更便宜的光纖通信設(shè)備。

圖片來(lái)源：物理學(xué)家組織網(wǎng)

荷葉具有顯著的自潔特性，在荷葉表面，水滴不會(huì)變平，而是會(huì)形成近乎完美的球體并滾落，帶走灰塵。這種“荷葉效應(yīng)”由葉片內(nèi)的微小突起造成。

在最新研究中，筑波大學(xué)科學(xué)家利用人工“荷葉效應(yīng)”，創(chuàng)造出了可以像激光一樣工作的液滴，而且，這種液滴激光器可在長(zhǎng)達(dá)一個(gè)月的時(shí)間里保持穩(wěn)定，而目前的“液滴激光器”不能在開放環(huán)境條件下使用，只能將其封閉在容器內(nèi)，否則它們會(huì)蒸發(fā)。

圖1:a） 微型IL的示意圖以及基板的掃描電子顯微圖像。b） 具有各種直徑 （d） 和接觸角 （θ） 的微型 IL 的光學(xué)顯微圖像。c） 微型 IL與 d 的接觸角圖。明顯的上邊界和下邊界表示為粉紅色和藍(lán)色虛線。d） 用ns激光器進(jìn)行弱光泵浦時(shí)微型IL的μ-PL光譜。WGM 的 TE 和 TM 模式的整數(shù)分別以橙色和藍(lán)色表示。e） 用不同泵浦強(qiáng)度的fs脈沖激光器強(qiáng)烈激發(fā)時(shí)微型IL的μ-PL光譜P. f）PL強(qiáng)度與P的關(guān)系圖。還顯示了線性回歸線和激光閾值Pth。g） 帶有誤差線的微型 IL（藍(lán)色）和微型 PVA（紅色）的 Pth 條形圖。

在新研究中，科學(xué)家將名為“1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽”（EMIBF4）的離子液體與一種染料混合，使其成為激光介質(zhì)。之所以選擇這種液體，是因?yàn)樗舭l(fā)得非常緩慢，并且具有相對(duì)較大的表面張力。然后研究團(tuán)隊(duì)在石英襯底上涂上微小的氟化二氧化硅納米顆粒，使其表面排斥液體。當(dāng)EMIBF4沉積其上時(shí)，液滴幾乎能完美地保持球形，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)30天。

圖2：a) 在用ns激光器進(jìn)行強(qiáng)光泵浦時(shí)，N2下微IL的μ-PL光譜以0.5 m s?1的速率流動(dòng)。b） 改變N2流速時(shí)μ-PL光譜變化。（i）至（iv）放大了（a）中的相應(yīng)光譜范圍。c） 繪制激光峰從微 IL 激光腔（直徑 = 7.1 μm）的光譜偏移作為 N2 流速的函數(shù)圖。d） 如藍(lán)色箭頭所示，在施加 6.7 m s?1的 N2 流之前和之后的大微 IL 液滴的代表性顯微圖像。e）CFD 模擬了 1.5 和 15 m s?1氣流下微 IL 液滴的形態(tài)。藍(lán)色箭頭指示模擬流的方向。f-h）FDTD模擬了原始和變形液滴內(nèi)部光的電磁場(chǎng)分布f，g）和光學(xué)共振光譜h）。扭曲的形狀是從CFD模擬中獲得的。

研究人員表示，數(shù)學(xué)計(jì)算顯示，即使暴露在氣流中，這種新液滴的理想形態(tài)和光學(xué)性質(zhì)也會(huì)保持不變。據(jù)目前所知，這是第一個(gè)可通過(guò)氣流調(diào)諧的液體激光振蕩器。

此外，研究人員利用3D打印方法，打印出了這種液滴激光器，且打印出來(lái)的液滴陣列無(wú)須進(jìn)一步處理即可工作。

研究團(tuán)隊(duì)指出，這種產(chǎn)品具有高度的可擴(kuò)展性和易用性，很容易用于制造廉價(jià)的傳感器或光通信設(shè)備，有望催生更靈敏的氣流探測(cè)器或更便宜的光纖通信設(shè)備。